TUGAS AKHIR
PENGONTROLAN KECEPATAN MOTOR PROTOYPE KONVEYOR PENGANGKUT PASIR BERDASARKAN JARAK MENGGUNAKAN ARDUINO UNO ATMEGA 328P
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana S-1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram
Oleh : YUSUF PRATAMA F1B 008 010
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MATARAM 2015
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis dan diterbitkan oleh orang lain kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan daftar pustaka. Demikian surat pernyataan ini saya buat tanpa tekanan dari pihak manapun dan dengan kesdaran penuh terhadap tanggung jawab dan konsekuensi serta menyatakan bersedia menerima sanksi terhadap pelanggaran dari pernyataan tersebut.
Mataram, 12 Maret 2015
Yusuf Pratama
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Pengasih dan Penyayang atas segala berkat, rahmat, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan TugasA khir ini. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram. Di samping itu Tugas Akhir ini juga merupakan salah satu bentuk perwujudan atas ilmu pengetahuan yang telah diperoleh selama di bangku kuliah. Dalam Tugas Akhir ini, penulis melakukan penelitian dengan judul “Pengontrolan Kecepatan Motor Prototype Konveyor Pengangkut Pasir Berdasarkan Jarak Menggunakan Arduino Uno ATMega 328P”. Dengan Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dan pengetahuan tentang pengontrolan motor DC menggunakan PWM 8 bit pada suatu alat sehingga mampu untuk mengatur kecepatan motor berdasarkan jarak pembacaan sensor. Penulis menyadari bahwa sebagai manusia biasa tidak terlepas dari keterbatasan, yang biasanya akan mewarnai kadar ilmiah dari Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis selalu terbuka terhadap masukan dan saran dari semua pihak yang sifatnya membangun untuk mendekati kesempurnaan. Tidak lupa penulis menyampaikan permohonan maaf yang sebesar-besarnya jika dalam Tugas Akhir ini terdapat kesalahan dan kekeliruan. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Mataram, 12 Maret 2015
Penulis
v
UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih tak lupa penulis sampaikan atas segala bantuan dan saran yang telah diberikan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, kepada : 1. Bapak Yusron Saadi, ST., MSc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Mataram. 2. Sudi Marianto Al Sasongko, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram. 3. Bapak Syafarudin Ch, ST., MT., selaku dosen pembimbing utama yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Abdul Natsir, ST., MT., selaku dosen pembimbing pendamping yang juga telah memberikan bimbingan dan arahan selama penyusunan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Paniran, ST., MT.,selaku dosen penguji. 6. Bapak I N Wahyu Satiawan, ST., MSc., Ph.D., selaku dosen penguji. 7. Bapak Muhamad Irwan, ST., MT., selaku dosen penguji. 8. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta dan tersayang atas segala do’a, dukungan, tetes keringat, segala jerih payah, pengorbanan bahkan linangan air mata yang tiada ternilai harganya, hingga anakda dapat menyelesaikan studi. 9. Adikku Randy Sulaiman yang selalu menemani dan memberi dukungan saat menenpuh studi ini. 10. Keluarga besar Pangeran 08 (Andre Bob, Rahmat Miswan, Paman Aming) yang selalu memberikan doa dan dukungan dalam mengerjakan tugas akhir ini. 11. My Honey Baby Sweety Putri Desi Rahayu yang selalu memberikan doa dan semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini baik dalam kondisi susah ataupun bahagia. 12. Teman-teman terbaikku Edi, Daus, Igo, Apif Almu, Supriadi, adinda oji, adinda Ozon, dan Bang Besar (Yeyeng) yang telah menemani menyelesaikan
vi
segala halangan dan rintangan baik dalam suasana yang bahagia maupun susah. 13. Teman-temanku “NAMETAYAS 2008” (Arip, Andri, Mayzar, Rachmi, Roni,Sukma, Topan, Topik,
dll) yang telah menemani keseharianku saat
masih kuliah hingga sekarang ini. 14. Teman-temanku di “Himpunan Mahasiswa Elektro”, “Team Robot”, dan “Workshop Teknik Elektro” yang telah memberi bimbingan dan pengalaman berharga selama perkuliahan dan menemani menyelesaikan segala halangan dan rintangan baik dalam suasana yang bahagia maupun susah. 15. Semua teman-teman elektro, yang telah memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 16. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah memberikan bimbingan dan bantuan kepada penulis dalam meyelesaikan Tugas Akhir ini.
Semoga Tuhan Yang Maha Pengasih dan Penyayang memberikan balasan yang setimpal atas bantuan yang diberikan kepada penulis.
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
............................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................. ii SURAT PERNYATAAN KEASLIAN KATA PENGANTAR
..................................................................... iv
............................................................................................. v
UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................................
vi
DAFTAR ISI
viii
........................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................
xi
DAFTAR TABEL
........................................................................................................
xiii
ABSTRAK
....................................................................................................................
xiv
BAB I
PENDAHULUAN
................................................................................
1
1.1
Latar Belakang
................................................................................
1
1.2
Rumusan Masalah
................................................................................
2
1.3
Batasan Masalah
................................................................................
2
1.4
Tujuan Penelitian
................................................................................
2
1.5
Manfaat Penelitian
................................................................................
2
1.6
Sistematika Penulisan ................................................................................ 3
BAB II
DASAR TEORI
................................................................................
4
2.1
Tinjauan Pustaka
................................................................................
4
2.2
Landasan Teori
................................................................................
5
2.2.1
Arduino Uno R3
....................................................................
2.2.1.1 Bagian – bagian Arduino
............................................
2.2.1.2 Bagian – bagian Papan Arduino 2.2.2
Motor DC
................................
6 7 8
................................................................................
11
2.2.2.1 Prinip Dasar Cara Kerja Motor DC ................................
12
2.2.2.2 Prinsip Arah Putaran Motor DC
................................
15
2.2.3
Torsi ............................................................................................
16
2.2.4
Teori Dasar Rodagigi ....................................................................
16
2.2.5
Sensor Jarak ................................................................................
17 viii
2.2.5.1 Prinsip Kerja Sensor PING
2.2.6
............................................
19
2.2.5.2 Prinsip Kerja Rangkaian Sensor Ultrasonik ....................
20
2.2.5.3 Pemancar Ultrasonik (Transmiter)
................................
21
2.2.5.4 Penerima Ultrasonik (Receiver)
................................
22
....................................................................
23
Sistem Kontrol
2.2.6.1 Klasifikasi Sistem Kontrol
............................................
2.2.6.2 Karakteristik Sistem Kontrol Otomatis
....................
27
2.2.6.3 Sistem Loop Tertutup (Close Loop) ................................
27
2.2.6.4 Kontrol Loop Tertutup
............................................. 28
2.2.6.5 Komponen Proses Sistem Kendali Loop Tertutup 2.2.7
PWM (Pulse Width Modulation) 2.2.7.1 Jenis – jenis PWM
2.2.8 BAB III 3.1
25
......... 28
............................................. 29
......................................................... 29
2.2.7.1.1 Analog
......................................................... 29
2.2.7.1.2 Digital
........................................................
31
2.2.7.2 Konsep Dasar PWM ........................................................
31
2.2.7.3 Perhitungan duty-cycle PWM ............................................
33
Interpolasi Numerik ...................................................................
34
METODE PENELITIAN
....................................................................
36
Lokasi dan Waktu Penelitian ....................................................................
36
3.1.1
Lokasi Penelitian
....................................................................
36
3.1.2
Waktu Penelitian
....................................................................
36
................................................................................
36
3.2
Alat dan Bahan
3.3
Langkah – langkah Penelitian
........................................................
37
3.4
Perancangan Sistem ................................................................................
38
3.4.1
38
Perancangan hardware (pernagkat keras)
................................
3.4.1.1
Pernacangan Mekanik Konveyor
....................
38
3.4.1.2
Arduino Uno / ATmega328P ................................
41
3.4.1.3
Motor DC
42
3.4.1.4
Perancangan Driver Motor
................................
43
3.4.1.5
Perancangan Catu Daya
................................
43
3.4.1.6
Rangkaian Sensor Jarak
................................
44
3.4.1.7
Rangkaian LCD
............................................
45
........................................................
ix
3.4.2
Perancangan software (perangkat lunak)
................................
45
3.4.2.1
Software Arduino Uno
................................
45
3.4.2.2
Perancangan Rangkaian Minimum Sistem Arduino ATmega328
3.4.2.3 3.5 BAB IV 4.1
........................................................
Perancangan Flowchart Sistem
46
..................... 48
Bagan Alir Penelitian ................................................................................. 48 HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Sistem
........................................................
50
................................................................................
50
4.1.1
Pengujian Rangkaian Catu Daya
............................................
4.1.2
Pengujian Driver Motor L298 dan Motor DC
4.1.3
Pengujian Sensor Jarak dan LCD 16x2
4.1.4
Pengujian Sistem Keseeluruhan
50
....................
51
................................
52
............................................
53
................................................................................
58
PENUTUP
............................................................................................
59
5.1
Kesimpulan
............................................................................................
59
5.2
Saran ........................................................................................................
60
4.2
BAB V
Listening Program
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Arduino uno ............................................................................................. 6
Gambar 2.2
Blok – blok arduino uno
Gambar 2.3
Papan arduino uno
Gambar 2.4
Papan arduino yang siap bekerja
Gambar 2.5
Motor DC sederhana ................................................................................. 11
Gambar 2.6
Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor
Gambar 2.7
Medan magnet yang terbentuk
Gambar 2.8
Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub ..................... 13
Gambar 2.9
Reaksi garis fluks
................................................................................. 8 ......................................................... 10
................. 12
......................................................... 12
................................................................................. 13
Gambar 2.10 Prinsip kerja motor DC Gambar 2.11 Sistem torsi
..................................................................... 7
..................................................................... 14
............................................................................................. 16
Gambar 2.12 Sensor jarak ultrasonik PING
......................................................... 18
Gambar 2.13 Diagram waktu sensor PING
......................................................... 18
Gambar 2.14 Prinsip kerja sensor PING
......................................................... 19
Gambar 2.15 Prinsip kerja sensor ultrasonik
......................................................... 20
Gambar 2.16 Rangkaian pemancar gelombang ultrasonik ............................................. 21 Gambar 2.17 Rangkaian penerima gelombang ultrasonik ............................................. 22 Gambar 2.18 Blok diagram sistem ................................................................................. 24 Gambar 2.19 Sistem kontrol otomatis
..................................................................... 25
Gambar 2.20 Sistem kontrol lingkar terbuka
......................................................... 27
Gambar 2.21 Sistem kontrol lingkar tertutup
......................................................... 27
Gambar 2.22 Blok diagram sistem loop tertutup
......................................................... 28
Gambar 2.23 Sinyal PWM ............................................................................................. 29 Gambar 2.24 Rangkaian PWM analog
..................................................................... 30
Gambar 2.25 Pembentukan sinyal PWM
..................................................................... 30
Gambar 2.26 Sinyal PWM dan persamaan Vout PWM Gambar 2.27 Vrata-rata sinyal PWM
..................................................................... 32
Gambar 2.28 Duty-cycle dan resolusi PWM Gambar 2.29 Duty-Cycle
......................................................... 32
............................................................................................. 33
Gambar 2.30 Perhitungan duty-cycle Gambar 2.31 Interpolasi linier Gambar 3.1
............................................. 31
..................................................................... 33
................................................................................. 34
Ukuran perancangan mekanik konveyor
............................................. 39 xi
Gambar 3.2
Mekanik perancangan konveyor
......................................................... 39
Gambar 3.3
Perancangan konveyor tampak atas ......................................................... 40
Gambar 3.5
Perancangan konveyor tampak depan ......................................................... 40
Gambar 3.6
Arduino uno ............................................................................................. 41
Gambar 3.7
Motor DC
............................................................................................. 42
Gambar 3.8
IC L298
............................................................................................. 43
Gambar 3.9
Catu daya
............................................................................................. 44
Gambar 3.10 Sensor PING ............................................................................................. 44 Gambar 3.11 Rangkaian LCD
................................................................................. 45
Gambar 3.12 Tampilan software arduino
..................................................................... 46
Gambar 3.13 Blok diagram sistem konveyor
......................................................... 47
Gambar 3.14 Perancangan diagram alir sistem
......................................................... 48
Gambar 3.15 Perancangan diagram alir penelitian
............................................. 48
Gambar 4.1
Rangkaian Driver motor DC ..................................................................... 51
Gambar 4.2
Rangkaian sensor jarak dan LCD 16x2
Gambar 4.3
Grafik hubungan antara jarak sensor dengan pembacaan LCD 16x2 ......... 53
Gambar 4.4
Rangkaian keseluruhan
Gambar 4.5
Grafik hubungan antara tegangan (V DC) dengan kecepatan (rpm) .......... 57
............................................. 52
..................................................................... 54
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi motor DC
................................................................................
42
Tabel 3.2 Konfigurasi pin sistem
................................................................................
47
Tabel 3.3 Perencanaan proses tugas akhir Tabel 4.1 Output catu daya DC
....................................................................
49
................................................................................
50
Tabel 4.2 Pengujian sensor jarak dan LCD 16x2
........................................................
52
Tabel 4.3 Hasil percobaan data keseluruhan ....................................................................
55
Tabel 4.4 Hasil perhitungan data dan persentase error tegangan
56
................................
xiii
ABSTRAK Perkembangan teknologi kontrol saat ini mulai bergeser kepada otomatisasi sistem kontrol yang menuntut penggunaan komputer, sehingga campur tangan manusia dalam proses pengontrolan sangat kecil. Pada proses produksi di Industri khususnya pada pengangkutan barang atau benda menggunakan belt konveyor, diperlukan optimasi baik dari kinerja dan hasil produksinya, sehingga diperoleh efisiensi kerja yang maksimal. Metodelogi yang digunakan pada tugas akhir ini adalah perancangan prototype konveyor pengangkut pasir berdasarkan jarak. Pengujian sistem yang digunakan adalah mengatur nilai PWM (Pulse Width Modulation) 8 bit. Kecepatan motor DC dapat diatur melalui pemberian nilai high dari duty cycle PWM, semakin besar nilai high dari duty cycle PWM maka semakin cepat putaran motor dan sebaliknya semakin kecil nilai high dari duty cycle PWM maka kecepatan motor akan semakin pelan. Sistem konveyor pengangkut pasir dapat terealisasi sesuai dengan perencanaan yaitu ketika jarak bernilai 33 cm maka motor akan berputar dengan kecepatan 47,5 rpm dengan tegangan dan arus 20,2V DC dan 0,84A dan ketika jarak bernilai 32 cm maka kecepatan putar motor akan berkurang menjadi 46,4 rpm dengan tegangan dan arus 19,4V DC dan 0,81A, motor akan mati ketika jarak bernilai kurang dari atau samadengan 17 cm. Kata Kunci: Kontrol Motor DC, Konveyor, PWM (Pulse Width Modulation), Sensor PING.
xiv
ABSTRACT The development of control technology is now beginning to shift to automation control systems that require the use of a computer, so that human intervention in the process of controlling very small. In the production process in the industry, especially in the transport of goods or objects using a conveyor belt, takes good optimization of the performance and results of production, in order to obtain maximum working efficiency. The methodology used in this thesis is the design of a prototype conveyor transporting sand based on distance. The test system used is set the value of the PWM (Pulse Width Modulation) 8 bits. DC motor speed can be adjusted through the provision of high value the PWM duty cycle, the greater high of PWM duty cycle the rotation of motor on fast, reverse getting smaller value high of PWM duty cycle the rotation of motor speed will be slow. Sand transport conveyor system can be realized according to the plan, when the distance is worth 33 cm then the motor will rotate at a speed of 47.5 rpm with 20,2V DC voltage and current 0,84A, and when the distance is worth 32 cm then the motor speed will be reduced to 46.4 rpm with 19,4V DC voltage and current 0,81A, the motor off when the distance is worth of less or equal with 17 cm.
Keywords: DC Motor Controls, Conveyors, PWM (Pulse Width Modulation), PING sensor.
xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi kontrol saat ini mulai bergeser kepada otomatisasi sistem kontrol yang menuntut penggunaan komputer, sehingga campur tangan manusia dalam proses pengontrolan sangat kecil. Bila dibandingkan dengan pengerjaan secara manual, sistem peralatan yang dikendalikan oleh komputer akan memberikan keuntungan dalam hal efisiensi, keamanan, dan ketelitian. Kemampuan komputer baik perangkat keras maupun perangkat lunak, dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi pengendalian yang menggunakan sensor – sensor atau Transducer, seperti pengendalian suhu, kecepatan motor, penerangan dan lain-lain. Pada proses produksi di Industri khususnya pada pengangkutan barang atau benda menggunakan belt konveyor, diperlukan optimasi baik dari kinerja dan hasil produksinya, sehingga diperoleh efisiensi kerja yang maksimal. Dalam proses pengangkutan barang atau benda, masih banyak industri yang menggunakan
konveyor
yang
dikendalikan
secara
manual,
sehingga
mengakibatkan maksimalnya tenaga manusia dalam proses produksi, hal tersebut sangat tidak efisien. Oleh karena itu diperlukan suatu sistem konveyor otomatis untuk proses pengangkutan barang atau benda. Pada tugas akhir ini dibuat alat berupa belt konveyor yang dilengkapi motor DC sebagai penggeraknya. Terdapat satu konveyor yang dilengkapi dengan sensor PING sebagai feedback dari kecepatan motor DC. Pada konveyor ini kecepatan motor diatur menggunakan PWM (Pulse Width Modulation) 8 bit yang ada pada rangkaian sistem kontrol Arduino Uno dengan pemrograman menggunakan bahasa C. Sehingga penelitian tugas akhir ini akan mengontrol kecepatan motor konveyor pengangkutan material pasir yang dimana kecepatan motor sesuai dengan kondisi tandom.
1
1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang yang telah disajikan diatas, perlu dilakukan suatu rumusan masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini yaitu: 1.
Bagaimana merancang prototype konveyor pengangkut pasir berdasarkan jarak sensor berbasis Arduino ATMega 328P.
2.
Bagaimana mengontrol kecepatan motor DC penggerak konveyor dengan nilai duty cycle yang berbeda-beda sesuai dengan pembacaan jarak.
1.3 Batasan Masalah 1.
Membuat sistem prototype konveyor hanya sebagai pengangkut pasir dengan daya maksimal 106,4 W.
2.
Menggunakan motor DC type Wiper sebagai penggerak sistem konveyor.
3.
Menggunakan ARDUINO sebagai kendali sistem dan sensor PING sebagai transducer.
4.
Menggunakan metode PWM 8 bit sebagai pengontrol motor konveyor dengan output dari sensor PING sebagai inputan.
5.
Tidak menggunakan metode kontrol PID pada proses kontrol feed beck dari sensor PING.
1.4 Tujuan Penelitian 1.
Merancang konveyor pengankut pasir berdasarkan jarak berbasis Arduino ATMega 328P.
2.
Mengontrol kecepatan motor DC penggerak konveyor sesuai dengan pembacaan jarak sensor.
1.5 Manfaat Penelitian 1.
Dari penelitian yang dilakukan diharapkan dapat bermanfaat dalam perkembangan sistem pengendalian menggunakan sistem kontrol Arduino khususnya pada pengontrolan motor DC pada sistem konveyor.
2.
Dari penelitian yang dilakukan diharapkan dapat bermanfaat dalam perkembangan sistem pengendalian menggunakan PWM (Pulse Width Modulation).
2
3.
Diharapkan dapat menjadi bahan referensi/acuan di Universitas Mataram pada umumnya dan di Fakultas Teknik khususnya untuk penelitian yang berhubungan dengan sistem pengontrolan motor DC menggunakan Arduino sebagai sistem kontrol.
1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1.
Bab I Pendahuluan Bab I berisi penjelasan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, serta sistematika penulisan yang digunakan untuk menyusun laporan tugas akhir.
2.
Bab II Dasar Teori Bab II berisi dasar teori yang digunakan dalam melakukan analisis, perancangan, dan implementasi tugas akhir yang dilakukan pada bab-bab selanjutnya.
3.
Bab III Metode Penelitian Bab III berisi tentang rencana pelaksanaan, alat, bahan, jalannya perencanaan dan hasil yang diharapkan.
4.
Bab IV Pengujian dan Analisa Bab IV berisi pengujian pada masing-masing bagian dan sistem secara keseluruhan. Kemudian pengambilan data dan dianalisa.
5.
Bab V Penutup Bab V berisi kesimpulan dari sistem yang dirancang dan dibuat serta saran-saran untuk perbaikan sistem dimasa mendatang.
3
BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Dari tugas akhir dari Shalihin R. (2014) mengenai robot berkaki empat (quaddrupeds robot) yang bernavigasi secara otomatis berdasarkan jarak terhadap objek menggunakan sensor PING berbasis mikrokontroller keluarga AVR ATMega 32. Tujuannya adalah untuk membuktikan bisa atau tidak merancang kontruksi robot berkaki empat mengguanakan motor servo standar sebagai penggerak lengan kaki dan dapat mengontrol putaran 12 motor servo secara serentak, sehingga dapat melakukan pergerakan secara otomatis dan dapat menghindari halangan yang dihadapi dengan pergerakan-pergerakan yang telah diatur pada robot berdasarkan data jarak yang didapat sensor PING yang diolah menggunakan mikrokontroler yang digunakan sebagai unit kontrol dan driver motor servo. Dari hasil pengujian bahwa, dengan menggunakan mikrokontroller ATMega32 dapat menggerak 12 motor servo secara serentak dan melakukan pergerakan-pergerakan secara otomatis berdasar data jarak yang didapat sensor PING, sehingga robot mampu melakukan perpindahan dari satu tempat ke tempat lainnya yaitu dari titik start sampai finish dari empat lintasan uji[10]. Dari tugas akhir yang dikerjakan oleh Bahri S. (2013) mengenai prototype konveyor pemisah barang menggunakan metode kontrol PID dan PWM menyatakan bahwa dalam perancangan prototype ini dibuat alat berupa konveyor belt
yang
dilengkapi
motor
DC
sebagai
penggeraknya,
menggunakan
mikrokontroler ATMEGA 8535 sebagai sistem kendali dan menggunakan pemrograman bahasa C sebagai aplikasi inputan pengontrolan dalam pengolahan data kecepatan motor dan kestabilan sistem pada konveyor. Tujuannya adalah untuk membuktikan bisa atau tidaknya merancang konstruksi konveyor dengan mengontrol kecepatan motor DC menggunakan metode PID dan PWM agar tetap konstan meskipun berat barang berbeda – beda. Dari hasil pengujian bahwa, menggunakan ATMEGA 8535 dengan metode PID dan PWM mampu mengendalikan kecepatan motor DC agar tetap konstan meskipun dengan berat beban yang berbeda antara 0-2 kg[3]. 4
Dari jurnal yang dibuat oleh Antoni, R. (2012) mengenai perancangan sistem pengaturan kecepatan motor DC menggunakan zig bee pro berbasis arduino uno menyatakan bahwa dalam perancangan sistem ini dirancang suatu perangkat pengontrolan kecepatan motor DC 12 Volt jarak jauh menggunakan zig bee pro sebagai media transmisi data berbasis mikrokontroller 328P (Arduino). Pada sistem komunikasi dan kontrol motor DC 12 Volt ini dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian pengolah 1 (pengontrol) dan bagian 2 (bagian yang dikontrol). Pada bagian pengontrol menggunakan laptop dengan jarak 550 (m) outdoor dan 100 (m) indoor. Pengendalian motor DC ini menggunakan metode PWM. Untuk mengetahui kecepatan motor tersebut menggunakan optocoupler berbentuk U, hasil data ditampilkan pada LCD dan laptop. Dari hasil pengujian bahwa, sistem perancangan berbasis komunikasi dan kontrol secara wireless berhasil sehingga dapat diimplementasikan pada pengontrolan motor DC dengan tingkat kejauhan bervariatif (indoor 100 m dan outdoor 550 m)[2]. Dari buku yang ditulis oleh Djuandi F. (2011) berjudul pengenalan Arduino menyatakan bahwa untuk memahami Arduino kita harus mengetahui apa yang dimaksud dengan physical computing. Physical computing adalah membuat sistem atau perangkat fisik dengan menggunakan sofeware dan hardware yang sifatnya interaktif yaitu dapat menerima ransangan dari lingkungan dan merespon balik. Pada prakteknya konsep ini diaplikasikan dalam desain-desain alat yang menggunakan sensor dan mikrokontroler untuk menerjemahkan input analog kedalam sistem sofware untuk mengontrol gerakan alat-alat elektro-mekanik seperti lampu, motor, dan sebagainya. Dalam hal ini Arduino dikatakan sebagai platform dari physical computing yang bersifat open source. Arduino adalah sebuah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan integrated development environment yang canggih. Arduino memiliki banyak modul-modul pendukung seperti sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya[6].
2.2 Landasan Teori 2.2.1 Arduino Uno R3 Arduino Uno adalah papan pengembangan berbasis mikrokontroler ATmega328P-20PU. Papan ini memiliki 14 pin digital untuk berkomunikasi (I/O 5
pins, input/output) dengan 6 pin di antaranya dapat memodulasi keluaran PWM (pulse width modulation, mensimulasikan keluaran analog), 6 masukan analog (di digitalisasi menggunakan ADC / Analog-to-Digital Converter internal), osilator berkecepatan 16 MHz, sebuah konektor USB, colokan catu daya, ICSP header, dan tombol reset[5].
Gambar 2.1 Arduino uno [5]
Papan ini memiliki semua yang dibutuhkan untuk mendukung akses terhadap mikrokontroler yang digunakan, untuk menghidupkannya cukup menghubungkan papan ini dengan komputer lewat kabel USB (USB powered) atau dengan mencolokkan kabel adaptor / baterai bertegangan antara 7V hingga 12V. Sebagai pengendali USB (USB driver), Uno R3 menggunakan chip Atmega16U2 (pada R2 masih menggunakan chip Atmega8U2) yang diprogram sebagai pengubah signal USB ke signal serial TTL. Menurut John-David Warren, Arduino memiliki beberapa fitur antara lain:
Mikrokontroler: ATmega328P-20PU
Tegangan Operasional: 5 Volt DC
Tegangan Catu Daya (bila menggunakan DC Jack): 7 - 12V
Jumlah Pin Digital (Digital I/O): 14 (dengan 6 di antaranya berkapabilitas PWM)
6
Jumlah Pin Masukan Analog: 6 (dapat juga digunakan sebagai pin digital tambahan)
Maksimum arus per I/O pin: 40 mA (total arus pada semua pin maksimum 400 mA)
Maksimum arus pada keluaran tegangan 3v3: 50 mA
Kapasitas memori program / Flash Memory: 32 KB, di mana 512 bytes digunakan untuk bootloader.
SRAM / RAM Statis : 2 Kb
EEPROM : 1 Kb
Kecepatan clock: 16 MHz
2.2.1.1 Bagian-bagian Arduino Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah mikrokontroler 8 bit dengan merk ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan Arduino menggunakan tipe ATmega yang berbeda-beda tergantung dari spesifikasinya, sebagai contoh Arduino Uno menggunakan ATmega328 sedangkan Arduino Mega 2560 yang lebih canggih menggunakan ATmega2560. Untuk memberikan gambaran mengenai apa saja yang terdapat di dalam sebuah mikrokontroler, pada gambar berikut ini diperlihatkan contoh diagram blok sederhana dari mikrokontroler ATmega328 (dipakai pada Arduino Uno).
Gambar 2.2 Blok – blok arduino uno [5]
7
Blok-blok di atas dijelaskan sebagai berikut:
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan), digunakan oleh variabel-variabel di dalam program.
32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah bootloader selesai dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi.
1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan.
Central Processing Unit (CPU), bagian dari mikrokontroler untuk menjalankan setiap instruksi dari program.
Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan mengeluarkan data (output) digital atau analog.
2.2.1.2 Bagian – bagian Papan Arduino Setelah mengenal bagian-bagian utama dari mikrokontroler ATmega sebagai komponen utama, selanjutnya kita akan mengenal bagian-bagian dari papan Arduino itu sendiri. Dengan mengambil contoh sebuah papan Arduino tipe USB, bagian-bagiannya dapat dijelaskan sebagai berikut:
Gambar 2.3 Papan arduino uno [5] 8
Penjelasan dari masing – masing bagian papan Arduino uno ini antara lain: 1. 14 pin input/output digital (0-13). Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat diprogram antara 0 – 255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V. 2. USB berfungsi untuk: 1. Memuat program dari komputer ke dalam papan 2. Komunikasi serial antara papan dan komputer 3. Memberi daya listrik kepada papan 3. Sambungan SV1. Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada papan Arduino versi terakhir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis. 4. Q1 – Kristal (quartz crystal oscillator). Jika mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantungnya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detak-nya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik (16MHz). 5. Tobol Reset S1. Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal. Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau mengosongkan mikrokontroler. 6. In-Circuit Serial Programming (ICSP). Port
ICSP
memungkinkan
pengguna
untuk
memprogram
mikrokontroler secara langsung, tanpa melalui bootloader. Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP tidak terlalu dipakai walaupun disediakan. 9
7. IC 1 – Mikrokontroler Atmega. Komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM. 8. 6 pin input analog (0-5). Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0 – 1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V. Tanpa melakukan konfigurasi apapun, begitu sebuah papan Arduino dikeluarkan dari kotak pembungkusnya ia dapat langsung disambungkan ke sebuah komputer melalui kabel USB. Selain berfungsi sebagai penghubung untuk pertukaran data, kabel USB ini juga akan mengalirkan arus DC 5 Volt kepada papan Arduino sehingga praktis tidak diperlukan sumber daya dari luar. Saat mendapat suplai daya, lampu LED indikator daya pada papan Arduino akan menyala menandakan bahwa ia siap bekerja.
Gambar 2.4 Papan arduino yang siap bekerja [5]
Pada papan Arduino Uno terdapat sebuah LED kecil yang terhubung ke pin digital no 13. LED ini dapat digunakan sebagai output saat seorang pengguna membuat sebuah program dan ia membutuhkan sebuah penanda dari jalannya program tersebut. Ini adalah cara yang praktis saat pengguna melakukan uji coba. 10
Umumnya mikrokontroler pada papan Arduino telah memuat sebuah program kecil yang akan menyalakan LED tersebut berkedip-kedip dalam jeda satu detik. Jadi sangat mudah untuk menguji apakah sebuah papan Arduino baru dalam kondisi baik atau tidak, cukup sambungkan papan itu dengan sebuah komputer dan perhatikan apakah LED indikator daya menyala konstan dan LED dengan pin-13 itu menyala berkedip-kedip. 2.2.2 Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain lain. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di Industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di Industri[11]. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.
Gambar 2.5 Motor DC sederhana [11] 11
Catu tegangan DC dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.
2.2.2.1 Prinsip Dasar Cara Kerja Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.
Gambar 2.6 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor [11] Aturan genggaman tangan kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar 2.7 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk U.
Gambar 2.7 Medan magnet yang terbentuk [11]
Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut. Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo. 12
.
Gambar 2.8 Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub [11]
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet kutub. Lihat Gambar 2.9 .
Gambar 2.9 Reaksi garis fluks [11]
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha
13
untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.
Motor-motor
memiliki
beberapa
loop
pada
dinamonya
untuk
memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Pada motor DC, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.10 Prinsip kerja motor DC [11]
14
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya
bervariasi
dengan
kecepatan
operasinya
namun
torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatanperalatan mesin.
2.2.2.2 Prinsip Arah Putaran Motor Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F. F = B.I.ℓ
.....................................................................................
(2.1)
Dimana: F = Gaya Lorentz (N) B = Medan Magnet (T) 15
I
= Arus (A)
ℓ
= Panjang Induktor (m)
2.2.3 Torsi Torsi merupakan perkalian dari f gaya (beban) dengan d jari-jari (panjang lengan dari poros). Sebagai contoh, jika beban yang harus diputar sebesar 10 N dan panjang lengan adalah 10 cm maka besar torsi adalah 1 Nm. Jika ukuran beban dan panjang lengan sesuai dengan contoh di atas dan motor yang memiliki torsi maksimum sebesar 0,75 Nm maka dapat dipastikan bahwa motor tidak akan berputar. Permasalahan tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakan kombinasi rodagigi[12].
Gambar 2.11 Sistem torsi [12] 2.2.4 Teori Dasar Rodagigi Rodagigi digunakan untuk menstranmisikan daya besar dan putaran yang tepat. Rodagigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Rodagigi sering digunakan karena dapat meneruskan putaran dan daya yang lebih bervariasi dan lebih kompak daripada menggunakan alat transmisi yang lainnya, selain itu rodagigi juga memiliki beberapa kelebihana jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu: 1.
Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar.
2.
Sistem yang kompak sehingga kontruksinya sederhana.
3.
Kemampuan menerima beban lebih tinggi.
4.
Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat kecil. 16
5.
Kecepatan tranmisi rodagigi dapat ditentukan sehingga dapat digunakan dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar.
Rodagigi harus mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara dua poros. Di samping itu terdapat pula rodagigi yang perbandingan kecepatan sudutnya dapat bervariasi. Ada pula rodagigi dengan putaran yang terputus-putus. Dalam teori, rodagigi pada umumnya dianggap sebagai benda kaku yang hampir tidak mengalami perubahan bentuk dalam jangka waktu lama[12]. Bila putaran kurang dari 3600 Rpm, maka berlaku persamaan :
rv = W2/W1 = n2/n1 = Nt1/Nt2 = d1.................................... /d2
(2.2)
Dimana: rv
= perbandingan kecepatan
w1
= kecepatan sudut 1 (rad/sec)
w2
= kecepatan sudut 2 (rad/sec)
n1
= kecepatan keliling 1 (rpm)
n2
= kecepatan keliling 2 (rpm)
Nt1
= jumlah gigi 1
Nt2
= jumlah gigi 2
d1
= diameter pitch circle 1 (in)
d2
= diameter pitch circle 2 (in)
2.2.5 Sensor Jarak Ultrasonik (Sensor PING) Sensor jarak ultrasonik PING adalah sensor 40 KHz produksi parallax yang banyak digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas untuk mendeteksi jarak suatu objek[4].
17
Gambar 2.12 Sensor jarak ultrasonik PING [4]
Sensor PING mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik ( 40 KHz ) selama t = 200 µs kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor PING memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroller pengendali (pulsa trigger dengan tout min 2 µs). Spesifikasi sensor ini :
Kisaran pengukuran 3cm-3m.
Input trigger –positive TTL pulse, 2µS min, 5µS tipikal.
Echo hold off 750µS dari fall of trigger pulse.
Delay before next measurement 200µS.
Burst indicator LED menampilkan aktifitas sensor.
Gambar 2.13 Diagram waktu sensor PING [4]
18
2.2.5.1 Prinsip Kerja Sensor PING Pada dasanya, Sensor PING terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya. Sensor PING mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik (40 kHz) selama tBURST (200 μs) kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor PING memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroler pengendali (pulsa trigger dengan tOUT-min. 2 μs).
Gambar 2.14 Prinsip kerja sensor PING [4]
Gelombang ultrasonik ini melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor. PING mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi PING akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa High (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan obyek. Maka jarak yang diukur adalah : S = ( tIN x V ) / 2
.......................................................................
(2.3)
Dimana : S
= Jarak antara sensor ultrasonik dengan obyek yang dideteksi.
V
= Cepat rambat gelombang ultrasonik di udara ( 344 m/s ).
tIN
= Selisih waktu pemancaran dan penerimaan pantulan gelombang. 19
2.2.5.2 Prinsip Kerja Rangkaian Sensor Ultrasonik Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima
oleh receiver
ultrasonik.
Sinyal
yang
diterima
oleh
rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul). Prinsip kerja dari sensor ultrasonik dapat ditunjukkan dalam Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Prinsip kerja sensor ultrasonik [4]
Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut : 1.
Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
2.
Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.
3.
Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus : S = 340.t/2
......................................................
(2.4) 20
Dimana: S
=
jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul.
t
=
selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.
340 =
cepat rambat bunyi.
2.2.5.3 Pemancar Ultrasonik (Transmitter) Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik.
Gambar 2.16 Rangkaian pemancar gelombang ultrasonik [4]
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1.
Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.
2.
Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3 kilo Ohm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.
3.
Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
4.
Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
21
5.
Ketika sinyal dari masukan berlogika rendah (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
6.
Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan tegangan adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).
2.2.5.4 Penerima Ultrasonik (Receiver) Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini
adalah high (logika
‘1’)
sedangkan
jarak
yang
lebih
jauh
adalah
low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).
Gambar 2.17 Rangkaian penerima gelombang ultrasonik [4]
22
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1.
Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.
2.
Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.
3.
Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
4.
Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.
5.
Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
6.
Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.
2.2.6 Sistem kontrol Dalam
proses
industri,
sering
dibutuhkan
besaran-besaran
yang
memerlukan kondisi atau persyaratan yang khusus, seperti ketelitian yang tinggi, harga yang konstan untuk selang waktu yang tertentu, nilai yang bervariasi dalam suatu rangkuman tertentu, perbandingan yang tetap antara 2 (dua) variabel, atau suatu besaran sebagai fungsi dari besaran lainnya. Jelas, kesemuanya itu tidak cukup dilakukan hanya dengan pengukuran saja, tetapi juga memerlukan suatu scara pengontrolan agar syarat-syarat tersebut dapat dipenuhi. Karena alasan inilah diperkenalkan suatu konsep pengontrolan yang disebut Sistem kontrol[1]. Ada beberapa definisi yang harus dimengerti untuk lebih memahami sistem kontrol secara keseluruhan, yaitu: Sistem, Proses, Kontrol dan Sistem kontrol. Definisi dari beberapa istilah tersebut adalah sebagai berikut : 1. Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersamasama melakukan sesuatu untuk sasaran tertentu. 2. Proses adalah perubahan yang berurutan dan berlangsung secara kontiniu dan tetap menuju keadaan akhir tertentu.
23
3. Kontrol adalah suatu kerja untuk mengawasi, mengendalikan, mengatur dan menguasai sesuatu 4. Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel atau parameter) sehingga berada pada suatu harga atau range tertentu. Contoh variabel atau parameter fisik, adalah: tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), kepadatan (viscosity), kecepatan (velocity), dan lain-lain. Hubungan sebuah sistem dan proses dapat diilustrasikan seperti terlihat pada Gambar 2.18.
OUTPUT
INPUT PROSES
Gambar 2.18 Blok diagram sistem [1]
Sistem kontrol melakukan urutan kerja sebagai berikut: 1.
Pengukuran (Measuring)
2. Perbandingan (Comparison) 3. Perbaikan (Correction) Sistem tersebut dapat berjalan baik, jika dianggap sistem bekerja secara ideal dan sederhana. Namun, masalah akan timbul jika diteliti lebih lanjut, seperti: a.
Keadaan proses yang lebih kompleks dan sulit
b.
Pengukuran yang lebih akurat dan presisi
c.
Jarak proses yang tidak mudah dijangkau
Maka diperlukan modifikasi terhadap sistem tersebut. Dalam hal seperti inilah diperlukan sebuah sistem kontrol otomatis, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 2.19.
24
Gambar 2.19 Sistem kontrol otomatis [1]
Terdapat beberapa manfaat pada penggunaan sistem kontrol otomatis pada sebuah proses, yaitu: •
Kelancaran Proses
•
Keamanan
•
Ekonomis
•
Kualitas
2.2.6.1 Klasifikasi Sistem Kontrol Secara umum, sistem kontrol dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a.
Sistem kontrol Manual dan Otomatis
b.
Sistem Lingkar Terbuka (Open Loop) dan Lingkar Tertutup (Closed Loop)
Sistem kontrol Manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator. Sedangkan sistem kontrol otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia. Sistem kontrol manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada pengaturan suara radio, televissi, cahaya layer televise, pengaturan aliran air melalui keran, pengendalian kecepatan kendaraan, dan lain-lain. Sedangkan sistem kontrol otomatis banyak ditemui dalam proses industri (baik industri proses kimia dan proses otomotif), pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik dan lain-lain. 25
Sistem kontrol Lingkar Terbuka (Open Loop) adalah sistem pengontrolan di mana besaran keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga variabel yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Sedangkan sistem kontrol lingkar tertutup (Closed Loop) adalah sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Selanjutnya, perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dengan harga yang diinginkan digunakan sebagai koreksi yang merupakan sasaran pengontrolan. Open Loop Control System memiliki karakteristik sebagai berikut: a. Tidak terdapat proses pengukuran b. Variabel yang dikontrol tidak mempengaruhi aksi pengontrolan c. Banyak didasari oleh waktu atau urutan proses d. Kurang akurat, lebih stabil, murah Sedangkan Closed Loop Control System mempunyai karakteristik sebagai berikut: a. Terdapat proses pengukuran b. Variabel
yang
dikontrol
mempengaruhi
aksi
pengontrolan
(feedback) c. Lebih akurat, dapat terjadi ketidakstabilan d. Mahal Gambar 2.20 dan 2.21 mengilustrasikan blok diagram Open Loop Control System dan Closed Loop Control System. Selanjutnya, sebagian besar pembahasan sistem kontrol adalah berdasarkan kepada Closed Loop Control System atau lebih dikenal dengan sistem kontrol umpan balik (Feedback Control System).
26
OUTPUT
INPUT PROSES
Gambar 2.20 Sistem kontrol lingkar terbuka [1]
OUTPUT
INPUT PROSES
Gambar 2.21 Sistem kontrol lingkar tertutup [1]
2.2.6.2 Karakteristik Sistem Kontrol Otomatis Beberapa karakteristik penting dari sistem kontrol otomatis adalah sebagai berikut: a.
Sistem kontrol otomatis merupakan sistem dinamik yang dapat berbentuk linear maupun non-linear
b.
Bersifat menerima informasi, memprosesnya, mengolahnya dan kemudian mengembangkannya
c.
Komponen atau unit yang membentuk sistem kontrol ini akan saling mempengaruhi
d.
Bersifat mengembalikan sinyal ke bagian masukan (feedback) dan ini digunakan untuk memperbaiki sifat sistem
e.
Karena adanya pengembalian sinyal ini, maka pada sistem kontrol otomatis selalu terjadi masalah stabilitas
2.2.6.3 Sistem Loop Tertutup (Close Loop) Menggunakan pengukuran keluaran dan mengumpanbalikkan sinyal tersebut untuk dibandingkan dengan keluaran yang diinginkan (input atau referensi). Atau dengan kata lain keluaran dapat memberikan efek terhadap besaran masukan atau besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga 27
yang diinginkan. Sinyal diumpan-balikkan terhadap kontroler yang akan membuat pengubahan terhadap sistem agar keluaran sistem seperti yang diinginkan.
Gambar 2.22 Blok diagram sistem loop tertutup [1]
2.2.6.4 Kontrol Loop Tertutup Kontrol loop tertutup adalah sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Selanjutnya, perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dengan harga yang diinginkan digunakan sebagai koreksi yang merupakan sasaran pengontrolan. 2.2.6.5 Komponen Proses Sistem Kendali Loop Tertutup Beberapa komponen pada proses sistem kendali loop tertutup, antara lain adalah : a.
Reference Input (masukan acuan, (r)), merupakan sinyal acuan bagi sistem kontrol.
b.
Actuating Signal (e), merupakan sinyal kesalahan/error. yang merupakan selisih antara sinyal acuan (r) dan sinyal b.
c.
Control Element, (g1) merupakan elemen yang berfungsi untuk memproses kesalahan/error yang terjadi dan setelah kesalahan tersebut dimasukkan melalui elemen pengontrol.
d.
Manipulated Variable (variabel yang dimanipulasi), merupakan sinyal yang dihasilkan oleh kontrol element yang berfungsi sebagai sinyal pengontrol tanpa adanya gangguan.
e.
Plant/proses, merupakan obyek fisik yang dikontrol, dapat berupa proses mekanis, elektris, hidraulis maupun gabungannya. 28
f.
Disturbance, merupakan sinyal gangguan yang tidak diinginkan.
g.
Feedback Element (jalur umpan balik), merupakan bagian sistem yang
mengukur
keluaran
yang
dikontrol
dan
kemudian
mengubahnya menjadi sinyal umpan balik. h.
Forward Path, merupakan bagian sistem tanpa umpan balik.
2.2.7 PWM (Pulse Width Modulation) Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa contoh aplikasi PWM adalah pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya[8].
Gambar 2.23 Sinyal PWM [8] 2.2.7.1 Jenis –jenis PWM 2.2.7.1.1 Analog Pembangkitan sinyal PWM yang paling sederhana adalah dengan cara membandingkan sinyal gigi gergaji sebagai tegangan carrier dengan tegangan referensi menggunakan rangkaian op-amp comparator.
29
Gambar 2.24 Rangkaian PWM analog [8]
Cara kerja dari komparator analog ini adalah membandingkan gelombang tegangan gigi gergaji dengan tegangan referensi seperti yang terlihat pada Gambar 2.25.
Gambar 2.25 Pembentukan sinyal PWM [8]
Saat nilai tegangan referensi lebih besar dari tegangan carrier (gigi gergaji) maka output comparator akan bernilai high. Namun saat tegangan referensi bernilai lebih kecil dari tegangan carrier, maka output comparator akan bernilai low. Dengan memanfaatkan prinsip kerja dari komparator inilah, untuk mengubah duty-cycle dari sinyal output cukup dengan mengubah-ubah besar tegangan referensi. Besarnya duty-cycle rangkaian PWM ini :
..................................................
(2.5)
30
2.2.7.1.2 Digital Pada metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Misalkan PWM digital 8 bit berarti PWM tersebut memiliki resolusi 28 = 256, maksudnya nilai keluaran PWM ini memiliki 256 variasi, variasinya mulai dari 0 – 255 yang mewakili duty-cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut. 2.2.7.2 Konsep Dasar PWM Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar Pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty-cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%).
Gambar 2.26 Sinyal PWM dan persamaan Vout PWM [8]
Dari persamaan diatas diketahui bahwa perubahan duty-cycle akan merubah tegangan keluaran atau tegangan rata-rata seperti gambar dibawah ini:
31
Gambar 2.27 Tegangan rata-rata sinyal PWM [8]
Pulse Width Modulation (PWM) merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan signal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog dengan menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256 variasi mulai dari 0 – 255 perubahan nilai yang mewakili duty-cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut.
Gambar 2.28 Duty-cycle dan resolusi PWM [8]
32
2.2.7.3 Perhitungan duty-cycle PWM Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu perioda gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM akan didapat duty cycle yang diinginkan. Rumus Duty-cycle dari PWM sebagai berikut: Duty-cycle = ton/(ton+toff)x100% ................................................................ (2.6) Duty-cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V. pada duty-cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total tegangan yang ada, begitu seterusnya.
Gambar 2.29 Duty-Cycle [8]
Perhitungan Pengontrolan tegangan output motor dengan metode PWM cukup sederhana.
Gambar 2.30 Perhitungan duty-cycle [8] 33
Dengan menghitung duty-cycle yang diberikan, akan didapat tegangan output yang dihasilkan. Sesuai dengan rumus yang telah dijelaskan pada gambar. ................................... (2.7)
Average voltage merupakan tegangan output pada motor yang dikontrol oleh sinyal PWM. a adalah nilai duty-cycle saat kondisi sinyal “on”. b adalah nilai duty-cycle saat kondisi sinyal “off”. V full adalah tegangan maximum pada motor. Dengan menggunakan rumus diatas, maka akan didapatkan tegangan output sesuai dengan sinyal kontrol PWM yang dibangkitkan. 2.2.8 Interpolasi Numerik Bila suatu fungsi disajikan dalam bentuk tabel, maka tidak semua harga – hargafungsi muncul dalam tabel tersebut. Interpolasi adalah proses menaksir harga – harga yang tidak dicantumkan itu berdasarkan data – data yang ditabelkan. Dalam hal ini diasumsikan bahwa fungsi berprilaku cukup mulus (smooth) diantara titik – titik tabel sedemikian sehingga dapat didekati dengan suatu polinominal[13]. Bentuk interpolasi yang paling sederhana adalah menghubungkan dua titik data dengan garis lurus. Teknik ini dinamakan interpolasi linier. Dalam Gambar 2.31 kurva y = f(x) dapat diketahui dengan garis lurus l diantara x1 dan x2.
Gambar 2.31 Interpolasi linier [13] 34
Dari asumsi bahwa kurva f(x) dapat didekati dengan garis lurus l dalam selang [xn, xn+1], maka untuk suatu harga x dalam selang [xn, xn+1] fungsi f(x) dapat didekati dengan : f1(x) = yn + ( (yn+1) - (yn) / (xn+1) - (xn) )*(x – xn) .....................
(2.8)
35
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian 3.1.1 Lokasi Penelitian Penelitian rancang bangun pengontrolan kecepatan motor DC dengan sensor PING menggunakan PWM (Pulse Width Modulation) berbasis ARDUINO ATmega328P akan dilaksanakan di Laboratorium Elektronika dan Digital Fakultas Teknik Universitas Mataram. Pembuatan alat serta pengujian sistem akan dilaksanakan di Workshop Elektro Universitas Mataram. 3.1.2 Waktu Penelitian Penelitian akan dilakukan dalam kurun waktu 3 bulan dari bulan Mei 2014 hingga Juli 2014. Proses penelitian akan dilakukan secara bertahap mulai dari persiapan – persiapan materi referensi, alat dan bahan, perakitan serta pengujian. 3.2 Alat dan Bahan Dalam Penelitian ini akan digunakan berbagai alat dan bahan diantaranya: a.
Alat
Gergaji besi
Tang
Amplas besi
Bor besi
Mata bor 3 mm
Mata bor 5 mm
AVO meter
Solder
Laptop
b. Bahan Penelitian
Arduino Uno R3
Driver Motor DC L298
36
Sensor PING
Motor DC 24V
Lem besi
Gear
Rantai
Seperangkat personal komputer
Belt
Tandom kecil / Toples jajan
Besi
3.3 Langkah – langkah Penelitian Adapun tahapan – tahapan penelitian yang dilaksanakan adalah sebagai berikut: a.
Persiapan Dibutuhkan persiapan dalam meneliti dan menentukan
bagaimana konsep, cara, serta hal – hal yang dibutuhkan dalam melaksanakan penelitian ini meliputi pengetahuan tentang konsep motor DC, kontrol PWM menggunakan ARDUINO, serta penempatan sensor PING. b.
Studi Literatur Studi literatur sangat dibutuhkan sebagai penunjang dalam
menyelesaikan penelitin yaitu dengan mengumpulkan teori – teori yang mendukung serta berkaitan dengan pengontrolan kecepatan motor DC menggunakan PWM dengan sensor PING berbasis ARDUINO. c.
Perancangan Sistem Pemaparan tentang sistem akan dijelaskan pada sub bab
berikutnya. d.
Mengumpulkan Alat dan Bahan Berdasarkan perencanaan yang telah disusun, maka selanjutnya
dilakukan pencarian dan pemilihan bahan – bahan serta alat bantu yang dibutuhkan untuk membuat sistem konveyor keseluruhan.
37
e.
Pengerjaan dan Pengujian Alat Pengontrolan motor DC menggunakan PWM dengan sensor
PING berbasis ARDUINO ini akan di aplikasikan dalam sebuah konveyor pengangkut pasir menuju tandom, akan dikerjakan sesui dengan perencanaan dan di uji terhadap kondisi lapangan agar dapat dilakukan evaluasi dan perbaikan yang lebih lanjut. f.
Mencatat Analisis Kecepatan dan Pengukuran Level Tandom
Pasir Dalam tahap uji ini, pengontrolan motor DC menggunakan PWM dengan sensor PING berbasis ARDUINO dalam aplikasi konveyor pengangkut pasir menuju tandom ini akan dianalisa serta dibahas tentang kecepatan motor DC dan pembacaan sensor terhadap level isi tandom.
3.4 Perancangan Sistem Secara garis besar perancangan sistem ini dibagi menjadi dua bagian utama, yaitu: 1.
Perancangan hardware (perangkat keras), perancangan dari diagram blok sistem yang akan dibangun yang meliputi perancangan mekanik dari koveyor, penempatan sensor PING, dan perancangan catu daya.
2.
Perancangan sofeware (perngkat lunak), yang meliputi program yang akan dimasukkan kedalam ATmega 328 pada Arduino Uno R3 untuk mengatur inputan sensor PING dan PWM dalam mengatur kecepatan motor DC.
3.4.1 Perancangan hardware (perangkat keras) 3.4.1.1 Perancangan Mekanik Konveyor Pada tugas akhir ini menggunakan besi berbentuk siku sebagai rangkanya serta belt yang digunakan untuk berfungsi untuk memindahkan pasir ke tandom. Penggunaan besi-besi ini dikarenakan lebih kuat dan lebih mudah untuk diatur dalam hal perakitan mekanik. Konveyor pada tugas akhir ini menggunakan 1 buah konveyor, dimana konveyor ini berfungsi sebagai pengangkutan pasir menuju
38
tandom dengan 1 buah motor DC dan 1 buah sensor jarak. Untuk ukuran konveyor dibuat dengan panjang 100 cm, lebar 20 cm, dan tinggi 40 cm.
Gambar 3.1 Ukuran perancangan mekanik konveyor
Untuk belt pada mekanik ini digunakan belt yang terbuat dari bahan elastis yang berukuran dengan panjang 90 cm dan lebar 18 cm.
Gambar 3.2 Mekanik perancangan konveyor
39
Secara umum konveyor ini digunakan untuk mengangkut pasir menuju tandom. Prinsip kerja dari konveyor ini adalah dimana motor akan berputar sesuai dengan pembacaan sensor terhadap isi tandom, jika sensor membaca kondisi tandom kosong maka kecepatan motor akan maksimal, jika sensor membaca tandom yang sudah terisi maka sensor akan mengirimkan data pada PWM yang sudah ada pada Arduino yang sebagai inputan untuk putaran motor sehingga kecepatan motor akan berkurang sesuai dengan pengaturan PWM sampai pada akhirnya motor akan mati jika tandom sudah terisi dengan jarak maksimal (tandom penuh).
Gambar 3.3 Perancangan konveyor tampak atas
Gambar 3.5 Perancangan konveyor tampak depan
40
3.4.1.2 Arduino Uno / ATmega328P Sistem minimum mikrokontroler ATmega328P ini digunakan sebagai otak dari semua proses yang ada. Sistem minimum ini memiliki dua fungsi utama yaitu untuk mengkonversi data analog berupa tegangan dan mengolahnya melalui program sehingga data digital berupa biner yang dihasilkan oleh ADC / Analog to Digital Converter di dalam mikrokontroler yang ditampilkan pada LCD.
Gambar 3.6 Arduino uno
Spesifikasi Arduino Uno:
Mikrokontroler: ATmega328P-20PU
Tegangan operasional: 5 Volt DC
Tegangan catu daya (bila menggunakan DC Jack): 7 - 12V
Jumlah pin digital (Digital I/O): 14 (dengan 6 di antaranya berkapabilitas PWM)
Jumlah pin masukan analog: 6 (dapat juga digunakan sebagai pin digital tambahan)
Maksimum arus per I/O pin: 40 mA (total arus pada semua pin maksimum 400 mA)
Maksimum arus pada keluaran tegangan 3v : 50 mA
Kapasitas memori program / Flash Memory: 32 KB, di mana 512 bytes digunakan untuk bootloader.
SRAM / RAM Statis : 2 Kb 41
EEPROM : 1 Kb
Kecepatan clock: 16 MHz
3.4.1.3 Motor DC Adapun motor DC yang akan digunakan dalam tugas akhir ini yaitu Motor DC magnet permanent type wipper dengan spesifikasi bawaan motor DC sebagai berikut:
Gambar 3.7 Motor DC
Spesifikasi Motor DC: Tabel 3.1 Spesifikasi motor DC. U
I
P1
T
Ѡ
P2
Eff
(V)
(A)
(W)
(N.m)
(rpm)
(W)
(%)
No_Load
24.20
0.390
9.45
0.23
35.64
0.85
9.0
Max_Eff
24.12
2.060
49.70
5.83
27.98
17.08
34.3
Max_Pout
24.00
4.432
106.4
14.58
16.89
25.79
24.2
Max_Torque
23.81
8.365
199.1
24.38
0.00
0.00
0.00
Locked_Rotor
23.81
8.365
199.1
24.38
0.00
0.00
0.00
Deskripsi
42
3.4.1.4 Perancangan Driver Motor Rangkaian penggerak motor DC menggunakan IC L298 sebagai pengendalinya, IC L298 digunakan sebagai penggerak motor pada konveyor. Tegangan input yang dibutuhkan 24V.
24V DC
Gambar 3.9 IC L298
Pin 11 merupakan pin yang difungsikan untuk meng-enable-kan motor DC (ON/OFF motor DC), oleh karena itu pin 11 dihubungkan dengan PWM dari Arduino sedangkan pin 13 dan pin 14 output dari IC L298 dihubungkan pada motor. Terdapat dua VCC pada IC L298 yaitu pada pin 9 digunakan untuk mengaktifkan IC L298 dan pada pin 4 digunakan untuk tegangan Motor DC.
3.4.1.5 Perancangan Catu Daya Catu daya yang dibutuhkan rangkaian adalah 24VDC untuk inputan motor DC konveyor oleh karena itu digunakan IC regulator 7824 serta 12VDC untuk inputan Arduino oleh karena itu digunakan IC regulator 7812. Pada catu daya trafo yang digunakan sebesar 5A, yang kemudian melewati dioda jembatan serta filter capasitor dan akhirnya ke IC 7812 untuk menghasilkan sumber 12VDC dan ke IC 7824 untuk menghasilkan 24VDC untuk keperluan input output-nya.
43
Gambar 3.10 Catu daya
3.4.1.6 Rangkaian Sensor Jarak Pada perancangan rangkaian sensor jarak digunakan sebagai alat pendeteksi konveyor agar memberikan respon terhadap motor yang berputar dengan sistem program yang telah ditanamkan pada sistem pengontrol (Arduino Uno R3). Dalam perancangan tugas akhir mengenai pengontrolan motor konveyor ini menggunakan sensor jarak yaitu sensor PING untuk dapat mendeteksi penuhnya isi tandom. Bentuk sensor PING yang digunakan memiliki sistem konfigurasinya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
1 2 3 1
Gambar 3.11 Sensor PING . Dari gambar diatas dapat dilihat tiga pin yang harus dihubungkan ke sistem pengontrolan kecepatan motor konveyor yaitu: 1. Ground (GND) 2. VCC (5V) 3. Signal I/O(SG)
44
3.4.1.7 Rangkaian LCD LCD
merupakan
komponen
elektronika
yang
berfungsi
untuk
menampilkan karakter angka maupun huruf. LCD yang digunakan adalah LCD 16×2 dengan 32 karakter, dimana terdapat 2 baris yang masing-masing terdiri dari 16 karakter. Tegangan 3,3 -5 Volt yang digunakan untuk mengaktifkan LCD tersebut. Dari kemampuan LCD menampilkan karekter ini digunakan untuk membaca data sensor PING yang didapat. Untuk rangkaian LCD 16×2 yang digunakan pada pengontrolan motor konveyor ini dapat dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 3.12 Rangkaian LCD
3.4.2 Perancangan software (perangkat lunak) 3.4.2.1 Software Arduino Uno Pada perancangan tugas akhir ini software Arduino yang akan digunakan adalah driver dan IDE, walaupun masih ada beberapa software lain yang sangat berguna selama pengembangan Arduino. IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari: Editor program, sebuah window yang memungkinkan untuk menulis dan mengedit program dalam bahasa Processing.
45
Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah microcontroller tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh microcontroller adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di dalam papan Arduino. Berikut ini adalah contoh tampilan IDE Arduino
Gambar 3.13 Tampilan software arduino 3.4.2.2 Perancangan Rangkaian Minimum Sistem Arduino ATmega328 Minimum sistem dari Arduino ATmega328 ini digunakan sebagai otak dari semua proses yang ada. Arduino memiliki 14 pin input/output digital (0-13). Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat diprogram antara 0 – 255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
46
Gambar 3.14 Blok diagram sistem konveyor Penggunaan masing-masing pin input/output Arduino Uno ATmega328 dalam sistem ini dapat dilihat pada Tabel sebagai berikut : Tabel 3.2 Konfigurasi pin sistem. Pin
Input/Output
Pin
Input/Output
0 1 2 3 4 5
Data LCD Data LCD Data LCD Data LCD
7 8 9 10 11 12
Signal sensor PING Input driver motor Enable LCD RS LCD -
6
Enable driver motor
13
-
Untuk tegangan LCD dan sensor PING akan dihubungkan pada pin Arduino 5V. Pada driver motor akan dihubungkan power suplai tambahan yang akan membantu tegangan motor karena jenis motor DC yang digunakan adalah motor DC wiper yang bertegangan 24V.
47
3.4.2.3 Perancangan Flowchart Sistem
Gambar 3.15 Perancangan diagram alir sistem 3.5 Bagan Alir Penelitian Mulai
Persiapan
Studi Literatur
Perancangan
Mengumpulkan Alat dan Bahan
Perakitan Sistem
Analisa Data
Selesai
Gambar 3.16 Perancangan diagram alir penelitian
48
Berikut adalah Tabel perencanaan yang akan dilakukan selama proses tugas akhir ini dilaksanakan : Tabel 3.3 Perencanaan proses tugas akhir. Persiapan literatur
Persiapan alat dan bahan
Perakitan sistem
Pengujian sistem
Penyusunan laporan dan analisa data
Minggu 1 Minggu 2 Minggu 3 Minggu 4 Minggu 5 Minggu 6 Minggu 7 Minggu 8 Minggu 9 Minggu 10 Minggu 11 Minggu 12
49
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Sistem Setelah bagian - bagian dari sistem selesai dirancang dan dibuat, maka perlu dilakukan suatu pengujian dan analisa terhadap sistem secara terpisah dan keseluruhan. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perencanaan atau tidak. Proses pengujian dilakukan pada masing-masing bagian sistem yang dirancang agar dapat mempermudah
dalam
menganalisa
kesalahan
serta
memperbaiki
untuk
kesempurnaannya. Pengujian sistem meliputi beberapa bagian, yaitu: 1.
Pengujian Rangkaian Catu Daya
2.
Pengujian Driver Motor L298 dan Motor DC
3.
Pengujian Sensor Jarak dan LCD 16x2
4.
Pengujian Sistem Keseluruhan
4.1.1 Pengujian Rangkaian Catu Daya Pengujian rangkaian catu daya DC ini menggunakan alat ukur multimeter digital, hal ini dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian catu daya dapat menghasilkan tegangan sesuai yang diharapkan yaitu 24V DC dan 12V DC. Berdasarkan proses pengukuran, hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Tabel 4.1 :
Tabel 4.1 Output catu daya DC Tegangan Ouput
Tegangan Output
Persentase Error
Ukur (V DC)
Teori (V DC)
(%)
LM7824
23,5
24
2,08
LM7812
11,8
12
1,67
IC Regulator
Berdasarkan hasil pengukuran menggunakan multimeter digital dapat dilihat bahwa keluaran IC LM7824 dan IC LM7812 tegangan yang dihasilkan adalah 23,5V DC dan 11,8V DC yang secara teori seharusnya 24V DC dan 12V
50
DC. Selisih nilai 0,5 dan 0,2 atau 2,08% dan 1,67%. Ini dapat disebabkan tingkat presisi alat ukur yang digunakan yakni kurang idealnya nilai tegangan dirangkaian yang dipengaruhi tahanan dalam alat ukur yang bertindak sebagai beban tambahan yang ketika perhitungan tidak merupakan variabel yang dihitung.
4.1.2 Pengujian Driver Motor L298 dan Motor DC Pengujian rangkaian driver motor L298 dan Motor DC ini diperlukan adanya Arduino Uno sebagai suplai tegangan 5V DC untuk mengaktifkan driver motor dan catu daya 24V DC sebagai suplai tegangan motor DC. Dalam hal ini kaki enable pada IC L298 disatukan dan dihubungkan pada sumber 5V dan kaki 10 dihubungkan pada pin 10 Arduino Uno. Output dari IC L298 dihubungkan pada Motor DC. Berikut adalah rangkaian driver motor L298 dan motor DC.
Gambar 4.1 Rangkaian driver motor DC
Berdasarkan hasil pengujian, motor berputar konstan dengan kecepatan 47,5 rpm dengan tegangan 20,2V DC dan arus 0,84A.
51
4.1.3 Pengujian Sensor Jarak dan LCD 16x2 Sensor jarak dan LCD 16x2 terhubung dengan rangkaian Arduino Uno ATMega 328 (unit kontrol). Pengujian ini dilakukan dengan cara menempatkan suatu objek tegak lurus berada di depan sensor jarak serta mengubah-ubah jarak objek tersebut terhadap sensor jarak dan hasil data jarak yang terdeteksi oleh sensor jarak akan ditampilkan melalui LCD 16x2.
Gambar 4.2 Rangkaian sensor jarak dan LCD 16x2
Berdasarkan hasil percobaan mendapatkan data hasil. Untuk data hasil dapat dilihat pada Tabel 4.2 :
Tabel 4.2 Pengujian sensor jarak dan LCD 16x2 Jarak sensor
33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 23 22 21 20 19 18
(cm) Pembacaan LCD
33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 23 22 21 20 19 18
(cm)
52
Berdasarkan data hasil percobaan pada Tabel 4.2 dapat disimpulkan bahwa pembacaan LCD sesuai dengan jarak pembacaan sensor jarak dan bisa dikatakan pembacaan LCD dan sensor jarak bekerja dengan baik. Dibawah ini adalah gambar grafik hubungan antara jarak sensor dengan pembacaan LCD 16x2 :
Pembacaan LCD 16x2 (cm)
36 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0 0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
Jarak sensor (cm)
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara jarak sensor dengan pembacaan LCD 16x2
Berdasarkan Gambar 4.3 dapat disimpulkan bahwa pembacaan sensor terhadap jarak benda yang ditampilkan pada layar LCD 16x2 dengan nilai yang sama, jika jarak sensor dengan benda sejauh 18 cm maka pada layar LCD 16x2 akan menampilkan 18 cm juga.
4.1.4 Pengujian Sistem Keseluruhan Pengujian alat secara keseluruhan dilakukan dengan cara menggabungkan semua komponen mulai dari rangkaian Sensor jarak, Arduino Uno, Driver L298, Motor DC serta kerangka konveyor. Pin 7 pada Aruduino terhubung dengan output dari sensor jarak, pin 10 pada Arduino terhubung dengan output dari IC
53
L298, pin 2, 3, 4, 5, 11, 12 pada Arduino terhubung dengan LCD 16x2. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 4.4 :
Gambar 4.4 Rangkaian keseluruhan
Berdasarkan hasil pengujian pada saat tandom belum terisi pasir atau masih kosong pembacaan sensor jarak 33 cm dengan kecepatan motor DC 47,5rpm, tegangan pada motor 20,2V DC dan arus 0,84A. Pada saat belt konveyor di isi beban pasir kecepatan motor masih tetap, ketika tandom sudah mulai terisi kecepatan motor mulai berkurang sesuai dengan pembacaan sensor jarak. Ketika pembacaan sensor 32 cm maka kecepatan motor berkurang menjadi 46,4rpm dengan tegangan dan arus 19,4V DC dan 0,81A. Kecepatan motor akan berkurang terus karena sudah diprogram, jika semakin banyak isi dari tandom maka kecepatan motor akan semakin mengecil, motor akan mati jika pembacaan sensor jarak menjadi kurang dari atau sama dengan 17 cm. Untuk data hasil selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 4.3 :
54
Tabel 4.3 Hasil percobaan data keseluruhan. Sensor Jarak
Nilai PWM
Tegangan
Arus
Kecepatan
(cm)
(%)
(V DC)
(A)
(rpm)
33
100
20,2
0,84
47,5
32
96,08
19,4
0,81
46,4
31
92,16
18,9
0,77
44,5
30
88,24
18,1
0,74
42,9
29
84,31
17,3
0,71
40,9
28
80,39
16,3
0,67
38,4
27
76,47
15,6
0,64
36,8
26
72,55
14,7
0,61
35,5
25
68,63
13,2
0,57
32,4
24
64,71
12,9
0,54
30,3
23
60,78
12
0,51
27,6
22
56,86
11,2
0,47
25,8
21
52,94
10,2
0,44
24,2
20
49,02
9,2
0,41
21,6
19
45,10
8,5
0,37
18,9
18
41,18
7,6
0,35
16,9
17
0
0
0
0
Pengujian secara menyeluruh ini menggunakan nilai PWM 8 bit dengan rentang nilai PWM yaitu dari 105 – 255 dengan persentase 41,18% - 100% sebanyak 16 tahapan, disetiap tahapan nilai PWM naik atau turun 3,92 %. Untuk menghitung tegangan output pada percobaan ini, menggunakan persamaan (2.7) . Perhitungan analisis data: Untuk data pada jarak sensor 18 cm dengan nilai PWM high = 105 atau 41,18 %, dan tegangan input 23,5 V DC. T on
= 105 / 255 * 100 = 41,18 %
T off
= 100 % - 41,18 %
55
= 58,82 % Duty Cycle
= 41,18 % = 0,4118
Vout
= (0,4118) x ( 23,5) = 9,68 V DC
Untuk data selanjutnya dihitung dengan cara yang sama dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 4.4 :
Tabel 4.4 Hasil perhitungan data dan persentase error tegangan. Sensor
Nilai
Tegangan
Tegangan
Tegangan
Persentase
Jarak
PWM
Input
Output Ukur
Output Hitung
Error
(cm)
(%)
(V DC)
(V DC)
(V DC)
(%)
33
100
23,5
20,2
23,50
22,64
32
96,08
23,5
19,4
22,58
21,72
31
92,16
23,5
18,9
21,66
20,79
30
88,24
23,5
18,1
20,74
19,87
29
84,31
23,5
17,3
19,81
18,94
28
80,39
23,5
16,3
18,89
18,03
27
76,47
23,5
15,6
17,97
17,10
26
72,55
23,5
14,7
17,05
16,19
25
68,63
23,5
13,2
16,13
15,31
24
64,71
23,5
12,9
15,21
14,36
23
60,78
23,5
12
14,28
13,44
22
56,86
23,5
11,2
13,36
12,52
21
52,94
23,5
10,2
12,44
11,62
20
49,02
23,5
9,2
11,52
10,72
19
45,10
23,5
8,5
10,60
9,80
18
41,18
23,5
7,6
9,68
8,89
Berdasarkan Tabel 4.4 dapat disimpulkan bahwa nilai duty cycle mempengaruhi tegangan output, ketika duty cycle bernilai 100% maka tegangan
56
motor bernilai 20,2V DC dengan jarak pembacaan sensor bernilai 33cm, dan ketika duty cycle bernilai 96,08% maka tegangan motor berkurang menjadi 19,4V DC dengan jarak turun menjadi 32cm. Hal ini bisa dikatakan semakin tinggi nilai high duty cycle yang diberikan maka tegangan output semakin tinggi pula. Dibawah ini adalah gambar grafik hubungan antara tegangan (V DC) dengan kecepaatan (rpm) dari data Tabel 4.3 :
50 45
Kecepatan (rpm)
40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Tegangan (V DC) Gambar 4.5 Grafik hubungan antara tegangan (V DC) dengan kecepatan (rpm)
Berdasarkan Gambar 4.5 membuktikan bahwa semakin besar nilai tegangan maka kecepatan motor akan semakin cepat. Hal ini membuktikan bahwa kecepatan motor sangat berpengaruh terhadap tegangan suplai yang diberikan atau dapat disimpulkan bahwa hubungan antara kecepatan motor dengan tegangan suplai motor berbanding lurus.
4.2 Listing Program Pada sistem rancang bangun konveyor berdasarkan jarak ini menggunakan Arduino sebagai pengontrol sensor PING dan driver motor DC. Dibawah ini adalah listing program dari proses pengontrolan kecepatan putar motor DC berdasarkan jarak pembacaan sensor:
57
#include
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); const int pingPin = 7; const int motorPin= 10; int inputSpeed; void setup() { lcd.begin(16, 2); Serial.begin(9600); pinMode(motorPin, OUTPUT); } void loop() { long duration, cm; pinMode(pingPin, OUTPUT); digitalWrite(pingPin, LOW); delayMicroseconds(5); digitalWrite(pingPin, HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(pingPin, LOW);
pinMode(pingPin, INPUT); duration = pulseIn(pingPin, HIGH); cm = microsecondsToCentimeters(duration); inputSpeed = map(cm, 18, 33, 0, 15); speedMotor(inputSpeed); Serial.print(cm); Serial.print("cm"); Serial.println(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("jarak= "); lcd.setCursor(6,0); lcd.print(cm); lcd.setCursor(10,0); lcd.print("cm"); lcd.setCursor(0,1);
58
lcd.print("arduino"); delay(250); lcd.clear(); } int speedMotor(int inSpeed) { int y = map(inSpeed, 1, 15, 105, 255); if (inSpeed < 0){ y = 0; } analogWrite(motorPin, y); } long microsecondsToCentimeters(long microseconds) { return microseconds / 29 / 2; }
59
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian sistem konveyor pengangkut pasir dengan mengontrol kecepatan putar motor konveyor dengan metode PWM 8 bit berbasis Arduino maka dapat diambil beberapa kesimpulan, diantaranya sebagai berikut: 1. Perancangan sistem konveyor pengangkut pasir dapat terealisasi sesuai dengan perencanaan yaitu ketika jarak bernilai 33 cm maka motor akan berputar dengan kecepatan 47,5 rpm dengan tegangan dan arus 20,2V DC dan 0,84A dan ketika jarak bernilai 32 cm maka kecepatan putar motor akan berkurang menjadi 46,4 rpm dengan tegangan dan arus 19,4V DC dan 0,81A, motor akan mati ketika jarak bernilai kurang dari atau samadengan 17 cm. 2. Kecepatan motor DC dapat diatur melalui pemberian nilai high dari duty cycle PWM, semakin besar nilai high dari duty cycle PWM maka semakin cepat putaran motor dan sebaliknya semakin kecil nilai high dari duty cycle PWM maka kecepatan motor akan semakin pelan.
59
5.2 Saran Dalam perencanaan dan
perancangan pengontrolan motor konveyor
pengangkut pasir berdasarkan jarak menggunakan Arduino ini memiliki banyak kekurangannya, sehingga perlu diperbaiki untuk kesempurnaannya. Saran – saran untuk pengembangan pengontrolan motor konveyor pengangkut pasir menggunakan Arduino ini diantaranya adalah : 1. Perlunya pengetahuan lebih dalam tentang perhitungan PWM untuk mengatur kecepatan motor DC agar bisa mengatur kecepatan motor sesuai dengan keinginan atau yang direncanakan. 2. Perlunya pengetahuan tentang bahan material agar mempermudah dalam proses pembuatan kerangka konveyor.
60
DAFTAR PUSTAKA
[1] Adriansyah, A., 2008, Dasar Sistem Kontrol, Jurnal, Universitas Muhamadyah Bandung. [2] Antoni, R., 2012, Pernacangan Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan Zig Bee Pro Berbasis Arduino Uno ATMega 328P, Tugas Akhir, Fakultas Teknik Elketro Universitas Maritim Raja Ali Haji. [3] Bahri, S., 2013, Rancang Bangun Prototype konveyor Pemisah Barang Menggunakan Metode Kontrol PID dan Analisis Kestabilan Routh Hurwitz dengan Spektrum Digital Signal Processing (DSP) Seri TMS6713, Tugas Akhir, Fakultas Teknik Jurusan Elektro Universitas Mataram. [4] Budiharto, W., 2010, Robotika Modern, Andi Offset, Yogyakarta. [5] David Warren, J., 2014, Arduino Robotics. U.S.A. [6] Djuandi, F., 2011, Pengenalan Arduino, jurnal, Teknik Elektro Universitas Trisakti.
[7] Parallax, 2006, PING)), Ultrasonic Distance Sensor, tersedia di www.parallax.com, diakses pada tanggal 8 April 2014. [8] Prayogo, R., 2012, Pulse Width Modulation, Jurnal, Universitas Brawijaya.
[9] Radiospares, 2010, Arduino Uno, tersedia di www.arduino.com, diakases pada tanggal 8 april 2014. [10] Shalihin, R., 2014, Rancang Bangun Robot Berkaki Empat (Quaddrupeds Robot) Berbasis Mikrokontroller Avr Seri Atmega 32, Tugas Akhir, Fakutas Teknik Jurusan Elektro Universitas Mataram. [11] Sumanto, 1994, Mesin Arus Searah, Andi Offset, Yogjakarta. [12] Taufik D. S. S., 2010., Buku Pintar Robotika, Andi Offset, Yogyakarta. [13] Zamroni, S., 1995, Pemrograman dengan C/C++ dan aplikasi numerik, Erlangga, Jakarta.
The Arduino Uno is a microcontroller board based on the ATmega328 (datasheet). It has 14 digital input/output pins (of which 6 can be used as PWM outputs), 6 analog inputs, a 16 MHz crystal oscillator, a USB connection, a power jack, an ICSP header, and a reset button. It contains everything needed to support the microcontroller; simply connect it to a computer with a USB cable or power it with a AC-to-DC adapter or battery to get started. The Uno differs from all preceding boards in that it does not use the FTDI USB-to-serial driver chip. Instead, it features the Atmega8U2 programmed as a USB-to-serial converter. "Uno" means one in Italian and is named to mark the upcoming release of Arduino 1.0. The Uno and version 1.0 will be the reference versions of Arduno, moving forward. The Uno is the latest in a series of USB Arduino boards, and the reference model for the Arduino platform; for a comparison with previous versions, see the index of Arduino boards.
EAGLE files: arduino-duemilanove-uno-design.zip Schematic: arduino-uno-schematic.pdf
Microcontroller Operating Voltage Input Voltage (recommended) Input Voltage (limits) Digital I/O Pins Analog Input Pins DC Current per I/O Pin DC Current for 3.3V Pin Flash Memory SRAM EEPROM Clock Speed
ATmega328 5V 7-12V 6-20V 14 (of which 6 provide PWM output) 6 40 mA 50 mA 32 KB of which 0.5 KB used by bootloader 2 KB 1 KB 16 MHz
The Arduino Uno can be powered via the USB connection or with an external power supply. The power source is selected automatically. External (non-USB) power can come either from an AC-to-DC adapter (wall-wart) or battery. The adapter can be connected by plugging a 2.1mm center-positive plug into the board's power jack. Leads from a battery can be inserted in the Gnd and Vin pin headers of the POWER connector. The board can operate on an external supply of 6 to 20 volts. If supplied with less than 7V, however, the 5V pin may supply less than five volts and the board may be unstable. If using more than 12V, the voltage regulator may overheat and damage the board. The recommended range is 7 to 12 volts. The power pins are as follows: • • • •
VIN. The input voltage to the Arduino board when it's using an external power source (as opposed to 5 volts from the USB connection or other regulated power source). You can supply voltage through this pin, or, if supplying voltage via the power jack, access it through this pin. 5V. The regulated power supply used to power the microcontroller and other components on the board. This can come either from VIN via an on-board regulator, or be supplied by USB or another regulated 5V supply. 3V3. A 3.3 volt supply generated by the on-board regulator. Maximum current draw is 50 mA. GND. Ground pins.
The Atmega328 has 32 KB of flash memory for storing code (of which 0,5 KB is used for the bootloader); It has also 2 KB of SRAM and 1 KB of EEPROM (which can be read and written with the EEPROM library).
Each of the 14 digital pins on the Uno can be used as an input or output, using pinMode(), digitalWrite(), and digitalRead() functions. They operate at 5 volts. Each pin can provide or receive a maximum of 40 mA and has an internal pull-up resistor (disconnected by default) of 20-50 kOhms. In addition, some pins have specialized functions: • • • • •
Serial: 0 (RX) and 1 (TX). Used to receive (RX) and transmit (TX) TTL serial data. TThese pins are connected to the corresponding pins of the ATmega8U2 USB-to-TTL Serial chip . External Interrupts: 2 and 3. These pins can be configured to trigger an interrupt on a low value, a rising or falling edge, or a change in value. See the attachInterrupt() function for details. PWM: 3, 5, 6, 9, 10, and 11. Provide 8-bit PWM output with the analogWrite() function. SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). These pins support SPI communication, which, although provided by the underlying hardware, is not currently included in the Arduino language. LED: 13. There is a built-in LED connected to digital pin 13. When the pin is HIGH value, the LED is on, when the pin is LOW, it's off.
The Uno has 6 analog inputs, each of which provide 10 bits of resolution (i.e. 1024 different values). By default they measure from ground to 5 volts, though is it possible to change the upper end of their range using the AREF pin and the analogReference() function. Additionally, some pins have specialized functionality: •
I2C: 4 (SDA) and 5 (SCL). Support I2C (TWI) communication using the Wire library.
There are a couple of other pins on the board: • •
AREF. Reference voltage for the analog inputs. Used with analogReference(). Reset. Bring this line LOW to reset the microcontroller. Typically used to add a reset button to shields which block the one on the board.
See also the mapping between Arduino pins and Atmega328 ports.
The Arduino Uno has a number of facilities for communicating with a computer, another Arduino, or other microcontrollers. The ATmega328 provides UART TTL (5V) serial communication, which is available on digital pins 0 (RX) and 1 (TX). An ATmega8U2 on the board channels this serial communication over USB and appears as a virtual com port to software on the computer. The '8U2 firmware uses the standard USB COM drivers, and no external driver is needed. However, on Windows, an *.inf file is required.. The Arduino software includes a serial monitor which allows simple textual data to be sent to and from the Arduino board. The RX and TX LEDs on the board will flash when data is being transmitted via the USB-toserial chip and USB connection to the computer (but not for serial communication on pins 0 and 1). A SoftwareSerial library allows for serial communication on any of the Uno's digital pins. The ATmega328 also support I2C (TWI) and SPI communication. The Arduino software includes a Wire library to simplify use of the I2C bus; see the documentation for details. To use the SPI communication, please see the ATmega328 datasheet.
The Arduino Uno can be programmed with the Arduino software (download). Select "Arduino Uno w/ ATmega328" from the Tools > Board menu (according to the microcontroller on your board). For details, see the reference and tutorials. The ATmega328 on the Arduino Uno comes preburned with a bootloader that allows you to upload new code to it without the use of an external hardware programmer. It communicates using the original STK500 protocol (reference, C header files). You can also bypass the bootloader and program the microcontroller through the ICSP (In-Circuit Serial Programming) header; see these instructions for details. The ATmega8U2 firmware source code is available . The ATmega8U2 is loaded with a DFU bootloader, which can be activated by connecting the solder jumper on the back of the board (near the map of Italy) and then resetting the 8U2. You can then use Atmel's FLIP software (Windows) or the DFU programmer (Mac OS X and Linux) to load a new firmware. Or you can use the ISP header with an external programmer (overwriting the DFU bootloader).
Rather than requiring a physical press of the reset button before an upload, the Arduino Uno is designed in a way that allows it to be reset by software running on a connected computer. One of the hardware flow control lines (DTR) of the ATmega8U2 is connected to the reset line of the ATmega328 via a 100 nanofarad capacitor. When this line is asserted (taken low), the reset line drops long enough to reset the chip. The Arduino software uses this capability to allow you to upload code by simply pressing the upload button in the Arduino environment. This means that the bootloader can have a shorter timeout, as the lowering of DTR can be well-coordinated with the start of the upload. This setup has other implications. When the Uno is connected to either a computer running Mac OS X or Linux, it resets each time a connection is made to it from software (via USB). For the following half-second or so, the bootloader is running on the Uno. While it is programmed to ignore malformed data (i.e. anything besides an upload of new code), it will intercept the first few bytes of data sent to the board after a connection is opened. If a sketch running on the board receives one-time configuration or other data when it first starts, make sure that the software with which it communicates waits a second after opening the connection and before sending this data. The Uno contains a trace that can be cut to disable the auto-reset. The pads on either side of the trace can be soldered together to re-enable it. It's labeled "RESET-EN". You may also be able to disable the auto-reset by connecting a 110 ohm resistor from 5V to the reset line; see this forum thread for details.
The Arduino Uno has a resettable polyfuse that protects your computer's USB ports from shorts and overcurrent. Although most computers provide their own internal protection, the fuse provides an extra layer of protection. If more than 500 mA is applied to the USB port, the fuse will automatically break the connection until the short or overload is removed.
The maximum length and width of the Uno PCB are 2.7 and 2.1 inches respectively, with the USB connector and power jack extending beyond the former dimension. Three screw holes allow the board to be attached to a surface or case. Note that the distance between digital pins 7 and 8 is 160 mil (0.16"), not an even multiple of the 100 mil spacing of the other pins.
Arduino can sense the environment by receiving input from a variety of sensors and can affect its surroundings by controlling lights, motors, and other actuators. The microcontroller on the board is programmed using the Arduino programming language (based on Wiring) and the Arduino development environment (based on Processing). Arduino projects can be stand-alone or they can communicate with software on running on a computer (e.g. Flash, Processing, MaxMSP). Arduino is a cross-platoform program. You’ll have to follow different instructions for your personal OS. Check on the Arduino site for the latest instructions. http://arduino.cc/en/Guide/HomePage
Once you have downloaded/unzipped the arduino IDE, you can Plug the Arduino to your PC via USB cable.
Now you’re actually ready to “burn” your first program on the arduino board. To select “blink led”, the physical translation of the well known programming “hello world”, select
File>Sketchbook> Arduino-0017>Examples> Digital>Blink Once you have your skecth you’ll see something very close to the screenshot on the right. In Tools>Board select Now you have to go to Tools>SerialPort and select the right serial port, the one arduino is attached to.
1.
Warranties
1.1 The producer warrants that its products will conform to the Specifications. This warranty lasts for one (1) years from the date of the sale. The producer shall not be liable for any defects that are caused by neglect, misuse or mistreatment by the Customer, including improper installation or testing, or for any products that have been altered or modified in any way by a Customer. Moreover, The producer shall not be liable for any defects that result from Customer's design, specifications or instructions for such products. Testing and other quality control techniques are used to the extent the producer deems necessary. 1.2 If any products fail to conform to the warranty set forth above, the producer's sole liability shall be to replace such products. The producer's liability shall be limited to products that are determined by the producer not to conform to such warranty. If the producer elects to replace such products, the producer shall have a reasonable time to replacements. Replaced products shall be warranted for a new full warranty period. 1.3 EXCEPT AS SET FORTH ABOVE, PRODUCTS ARE PROVIDED "AS IS" AND "WITH ALL FAULTS." THE PRODUCER DISCLAIMS ALL OTHER WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED, REGARDING PRODUCTS, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO, ANY IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE 1.4 Customer agrees that prior to using any systems that include the producer products, Customer will test such systems and the functionality of the products as used in such systems. The producer may provide technical, applications or design advice, quality characterization, reliability data or other services. Customer acknowledges and agrees that providing these services shall not expand or otherwise alter the producer's warranties, as set forth above, and no additional obligations or liabilities shall arise from the producer providing such services. 1.5 The Arduino products are not authorized for use in safety-critical applications where a failure of the product would reasonably be expected to cause severe personal injury or death. Safety-Critical Applications include, without limitation, life support devices and systems, equipment or systems for the operation of nuclear facilities and weapons systems. Arduino products are neither designed nor intended for use in military or aerospace applications or environments and for automotive applications or environment. Customer acknowledges and agrees that any such use of Arduino products which is solely at the Customer's risk, and that Customer is solely responsible for compliance with all legal and regulatory requirements in connection with such use. 1.6 Customer acknowledges and agrees that it is solely responsible for compliance with all legal, regulatory and safety-related requirements concerning its products and any use of Arduino products in Customer's applications, notwithstanding any applications-related information or support that may be provided by the producer.
2.
Indemnification
The Customer acknowledges and agrees to defend, indemnify and hold harmless the producer from and against any and all third-party losses, damages, liabilities and expenses it incurs to the extent directly caused by: (i) an actual breach by a Customer of the representation and warranties made under this terms and conditions or (ii) the gross negligence or willful misconduct by the Customer.
3.
Consequential Damages Waiver
In no event the producer shall be liable to the Customer or any third parties for any special, collateral, indirect, punitive, incidental, consequential or exemplary damages in connection with or arising out of the products provided hereunder, regardless of whether the producer has been advised of the possibility of such damages. This section will survive the termination of the warranty period.
4.
Changes to specifications
The producer may make changes to specifications and product descriptions at any time, without notice. The Customer must not rely on the absence or characteristics of any features or instructions marked "reserved" or "undefined." The producer reserves these for future definition and shall have no responsibility whatsoever for conflicts or incompatibilities arising from future changes to them. The product information on the Web Site or Materials is subject to change without notice. Do not finalize a design with this information.
The producer of Arduino has joined the Impatto Zero® policy of LifeGate.it. For each Arduino board produced is created / looked after half squared Km of Costa Rica’s forest’s.
L298
®
DUAL FULL-BRIDGE DRIVER
.. .. .
OPERATING SUPPLY VOLTAGE UP TO 46 V TOTAL DC CURRENT UP TO 4 A LOW SATURATION VOLTAGE OVERTEMPERATURE PROTECTION LOGICAL "0" INPUT VOLTAGE UP TO 1.5 V (HIGH NOISE IMMUNITY)
DESCRIPTION The L298 is an integrated monolithic circuit in a 15lead Multiwatt and PowerSO20 packages. It is a high voltage, high current dual full-bridge driver designed to accept standard TTL logic levels and drive inductive loads such as relays, solenoids, DC and stepping motors. Two enable inputs are provided to enable or disable the device independently of the input signals. The emitters of the lower transistors of each bridge are connected together and the corresponding external terminal can be used for the con-
Multiwatt15
PowerSO20
ORDERING NUMBERS : L298N (Multiwatt Vert.) L298HN (Multiwatt Horiz.) L298P (PowerSO20)
nection of an external sensing resistor. An additional supply input is provided so that the logic works at a lower voltage.
BLOCK DIAGRAM
Jenuary 2000
1/13
L298 ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Symbol VS VSS VI,Ven IO
Vsens
Value
Unit
Power Supply
Parameter
50
V
Logic Supply Voltage
7
V
–0.3 to 7
V
3 2.5 2
A A A
Input and Enable Voltage Peak Output Current (each Channel) – Non Repetitive (t = 100µs) –Repetitive (80% on –20% off; ton = 10ms) –DC Operation Sensing Voltage
–1 to 2.3
V
25
W
Junction Operating Temperature
–25 to 130
°C
Storage and Junction Temperature
–40 to 150
°C
Ptot
Total Power Dissipation (Tcase = 75°C)
Top Tstg, Tj
PIN CONNECTIONS (top view)
Multiwatt15
15
CURRENT SENSING B
14
OUTPUT 4
13
OUTPUT 3
12
INPUT 4
11
ENABLE B
10
INPUT 3
9
LOGIC SUPPLY VOLTAGE VSS
8
GND
7
INPUT 2
6
ENABLE A
5
INPUT 1
4
SUPPLY VOLTAGE VS
3
OUTPUT 2
2
OUTPUT 1
1
CURRENT SENSING A
TAB CONNECTED TO PIN 8
D95IN240A
GND
1
20
GND
Sense A
2
19
Sense B
N.C.
3
18
N.C.
Out 1
4
Out 2
5
PowerSO20
17
Out 4
16
Out 3
VS
6
15
Input 4
Input 1
7
14
Enable B
Enable A
8
13
Input 3
Input 2
9
12
VSS
10
11
GND
GND
D95IN239
THERMAL DATA Symbol
Parameter
PowerSO20
Multiwatt15
Unit
Rth j-case
Thermal Resistance Junction-case
Max.
–
3
°C/W
Rth j-amb
Thermal Resistance Junction-ambient
Max.
13 (*)
35
°C/W
(*) Mounted on aluminum substrate
2/13
L298 PIN FUNCTIONS (refer to the block diagram) MW.15
PowerSO
Name
1;15
2;19
Sense A; Sense B
Function
2;3
4;5
Out 1; Out 2
4
6
VS
5;7
7;9
Input 1; Input 2
6;11
8;14
Enable A; Enable B
8
1,10,11,20
GND
9
12
VSS
10; 12
13;15
Input 3; Input 4
13; 14
16;17
Out 3; Out 4
–
3;18
N.C.
Between this pin and ground is connected the sense resistor to control the current of the load. Outputs of the Bridge A; the current that flows through the load connected between these two pins is monitored at pin 1. Supply Voltage for the Power Output Stages. A non-inductive 100nF capacitor must be connected between this pin and ground. TTL Compatible Inputs of the Bridge A. TTL Compatible Enable Input: the L state disables the bridge A (enable A) and/or the bridge B (enable B). Ground. Supply Voltage for the Logic Blocks. A100nF capacitor must be connected between this pin and ground. TTL Compatible Inputs of the Bridge B. Outputs of the Bridge B. The current that flows through the load connected between these two pins is monitored at pin 15. Not Connected
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (VS = 42V; VSS = 5V, Tj = 25°C; unless otherwise specified) Symbol
Parameter
Test Conditions
Supply Voltage (pin 4)
Operative Condition
IS
Logic Supply Voltage (pin 9) Quiescent Supply Current (pin 4)
Ven = H; IL = 0
ISS
Ven = L Quiescent Current from VSS (pin 9) Ven = H; IL = 0
VS VSS
ViH IiL IiH Ven = L
Input Low Voltage (pins 5, 7, 10, 12) Input High Voltage (pins 5, 7, 10, 12) Low Voltage Input Current (pins 5, 7, 10, 12) High Voltage Input Current (pins 5, 7, 10, 12) Enable Low Voltage (pins 6, 11)
Ven = H Ien = L
Enable High Voltage (pins 6, 11) Low Voltage Enable Current (pins 6, 11)
Ien = H
High Voltage Enable Current (pins 6, 11) Source Saturation Voltage
VCEsat (H)
VCEsat (L) Sink Saturation Voltage VCEsat
Total Drop
Vsens
Sensing Voltage (pins 1, 15)
Max.
Unit
46
V
5 13 50
7 22 70
V mA mA
24 7
4 36 12
mA mA mA
–0.3
6 1.5
mA V
2.3
VSS
V
–10
µA
100
µA
4.5
Ven = L ViL
Min.
Typ.
VIH +2.5 Vi = L Vi = H Vi = X Vi = L Vi = H Vi = X
Vi = L Vi = H ≤ VSS –0.6V
30 –0.3
1.5
V
2.3
VSS –10
V µA
30
100
µA
1.35 2 1.2 1.7
1.7 2.7 1.6 2.3 3.2 4.9
V V V V V V
2
V
Ven = L Ven = H ≤ VSS –0.6V IL = 1A IL = 2A IL = 1A IL = 2A IL = 1A IL = 2A
0.95 (5) (5) (5) (5)
0.85 1.80 –1 (1)
3/13
L298 ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued) Symbol
Parameter
Test Conditions
Min.
Typ.
Max.
Unit
(2); (4)
1.5
µs
0.9 IL to 0.1 IL
(2); (4)
0.2
µs
0.5 Vi to 0.1 IL
(2); (4)
2
µs
Source Current Rise Time
0.1 IL to 0.9 IL
(2); (4)
0.7
µs
T5 (Vi)
Sink Current Turn-off Delay
0.5 Vi to 0.9 IL
(3); (4)
0.7
µs
T6 (Vi)
Sink Current Fall Time
0.9 IL to 0.1 IL
(3); (4)
0.25
µs
T7 (Vi)
Sink Current Turn-on Delay
0.5 Vi to 0.9 IL
(3); (4)
1.6
µs
T8 (Vi)
Sink Current Rise Time
0.1 IL to 0.9 IL
(3); (4)
0.2
µs
T1 (Vi)
Source Current Turn-off Delay
0.5 Vi to 0.9 IL
T2 (Vi)
Source Current Fall Time
T3 (Vi)
Source Current Turn-on Delay
T4 (Vi)
Commutation Frequency
IL = 2A
T1 (Ven)
fc (Vi)
Source Current Turn-off Delay
0.5 Ven to 0.9 IL
25
T2 (Ven)
Source Current Fall Time
0.9 IL to 0.1 IL
T3 (Ven)
Source Current Turn-on Delay
0.5 Ven to 0.1 IL
T4 (Ven)
Source Current Rise Time
0.1 IL to 0.9 IL
T5 (Ven)
Sink Current Turn-off Delay
0.5 Ven to 0.9 IL
T6 (Ven)
Sink Current Fall Time
0.9 IL to 0.1 IL
T7 (Ven)
Sink Current Turn-on Delay
0.5 Ven to 0.9 IL
T8 (Ven)
Sink Current Rise Time
0.1 IL to 0.9 IL
(2); (4) (2); (4) (2); (4) (2); (4) (3); (4) (3); (4) (3); (4) (3); (4)
40
µs
1
µs
0.3
µs
0.4
µs
2.2
µs
0.35
µs
0.25
µs
0.1
µs
1) 1)Sensing voltage can be –1 V for t ≤ 50 µsec; in steady state Vsens min ≥ – 0.5 V. 2) See fig. 2. 3) See fig. 4. 4) The load must be a pure resistor.
Figure 1 : Typical Saturation Voltage vs. Output Current.
Figure 2 : Switching Times Test Circuits.
Note : For INPUT Switching, set EN = H For ENABLE Switching, set IN = H
4/13
KHz
3
L298 Figure 3 : Source Current Delay Times vs. Input or Enable Switching.
Figure 4 : Switching Times Test Circuits.
Note : For INPUT Switching, set EN = H For ENABLE Switching, set IN = L
5/13
L298 Figure 5 : Sink Current Delay Times vs. Input 0 V Enable Switching.
Figure 6 : Bidirectional DC Motor Control.
Inputs Ven = H
Ven = L L = Low
6/13
C=H;D=L C=L;D=H C=D C=X;D=X H = High
Function Forward Reverse Fast Motor Stop Free Running Motor Stop X = Don’t care
L298 Figure 7 : For higher currents, outputs can be paralleled. Take care to parallel channel 1 with channel 4 and channel 2 with channel 3.
APPLICATION INFORMATION (Refer to the block diagram) Each input must be connected to the source of the 1.1. POWER OUTPUT STAGE driving signals by means of a very short path. The L298 integrates two power output stages (A ; B). Turn-On and Turn-Off : Before to Turn-ON the SupThe power output stage is a bridge configuration ply Voltage and before to Turn it OFF, the Enable inand its outputs can drive an inductive load in comput must be driven to the Low state. mon or differenzial mode, depending on the state of the inputs. The current that flows through the load 3. APPLICATIONS comes out from the bridge at the sense output : an Fig 6 shows a bidirectional DC motor control Scheexternal resistor (RSA ; RSB.) allows to detect the inmatic Diagram for which only one bridge is needed. tensity of this current. The external bridge of diodes D1 to D4 is made by 1.2. INPUT STAGE four fast recovery elements (trr ≤ 200 nsec) that Each bridge is driven by means of four gates the inmust be chosen of a VF as low as possible at the put of which are In1 ; In2 ; EnA and In3 ; In4 ; EnB. worst case of the load current. The In inputs set the bridge state when The En input The sense output voltage can be used to control the is high ; a low state of the En input inhibits the bridge. current amplitude by chopping the inputs, or to proAll the inputs are TTL compatible. vide overcurrent protection by switching low the enable input. 2. SUGGESTIONS The brake function (Fast motor stop) requires that A non inductive capacitor, usually of 100 nF, must the Absolute Maximum Rating of 2 Amps must be foreseen between both Vs and Vss, to ground, never be overcome. as near as possible to GND pin. When the large capacitor of the power supply is too far from the IC, a When the repetitive peak current needed from the second smaller one must be foreseen near the load is higher than 2 Amps, a paralleled configuraL298. tion can be chosen (See Fig.7). The sense resistor, not of a wire wound type, must An external bridge of diodes are required when inbe grounded near the negative pole of Vs that must ductive loads are driven and when the inputs of the be near the GND pin of the I.C. IC are chopped ; Shottky diodes would be preferred. 7/13
L298 This solution can drive until 3 Amps In DC operation and until 3.5 Amps of a repetitive peak current. On Fig 8 it is shown the driving of a two phase bipolar stepper motor ; the needed signals to drive the inputs of the L298 are generated, in this example, from the IC L297. Fig 9 shows an example of P.C.B. designed for the application of Fig 8.
Fig 10 shows a second two phase bipolar stepper motor control circuit where the current is controlled by the I.C. L6506.
Figure 8 : Two Phase Bipolar Stepper Motor Circuit. This circuit drives bipolar stepper motors with winding currents up to 2 A. The diodes are fast 2 A types.
RS1 = RS2 = 0.5 Ω D1 to D8 = 2 A Fast diodes
8/13
{
VF ≤ 1.2 V @ I = 2 A trr ≤ 200 ns
L298 Figure 9 : Suggested Printed Circuit Board Layout for the Circuit of fig. 8 (1:1 scale).
Figure 10 : Two Phase Bipolar Stepper Motor Control Circuit by Using the Current Controller L6506.
RR and Rsense depend from the load current
9/13
L298 mm
DIM. MIN.
TYP.
inch MAX.
MIN.
TYP.
MAX.
A
5
0.197
B
2.65
0.104
C
1.6
D
0.063
1
0.039
E
0.49
0.55
0.019
0.022
F
0.66
0.75
0.026
0.030
G
1.02
1.27
1.52
0.040
0.050
0.060
G1
17.53
17.78
18.03
0.690
0.700
0.710
H1
19.6
0.772
H2
20.2
0.795
L
21.9
22.2
22.5
0.862
0.874
0.886
L1
21.7
22.1
22.5
0.854
0.870
0.886
L2
17.65
18.1
0.695
L3
17.25
17.5
17.75
0.679
0.689
0.699
L4
10.3
10.7
10.9
0.406
0.421
0.429
L7
2.65
2.9
0.104
0.713
0.114
M
4.25
4.55
4.85
0.167
0.179
0.191
M1
4.63
5.08
5.53
0.182
0.200
0.218
S
1.9
2.6
0.075
S1
1.9
2.6
0.075
0.102
Dia1
3.65
3.85
0.144
0.152
10/13
OUTLINE AND MECHANICAL DATA
0.102
Multiwatt15 V
L298 mm
DIM. MIN.
TYP.
inch MAX.
MIN.
TYP.
MAX.
A
5
0.197
B
2.65
0.104
C
1.6
0.063
E
0.49
0.55
0.019
0.022
F
0.66
0.75
0.026
0.030
G
1.14
1.27
1.4
0.045
0.050
0.055
G1
17.57
17.78
17.91
0.692
0.700
0.705
H1
19.6
0.772
H2
20.2
0.795
L
20.57
0.810
L1
18.03
0.710
L2
2.54
L3
17.25
L4
10.3
L5
0.100
17.5
17.75
0.679
0.689
0.699
10.7
10.9
0.406
0.421
0.429
5.28
L6
OUTLINE AND MECHANICAL DATA
0.208
2.38
0.094
L7
2.65
2.9
0.104
0.114
S
1.9
2.6
0.075
0.102
S1
1.9
2.6
0.075
0.102
Dia1
3.65
3.85
0.144
0.152
Multiwatt15 H
11/13
L298
DIM. A a1 a2 a3 b c D (1) D1 E e e3 E1 (1) E2 E3 G H h L N S T
MIN.
mm TYP.
0.1 0 0.4 0.23 15.8 9.4 13.9
MAX. 3.6 0.3 3.3 0.1 0.53 0.32 16 9.8 14.5
MIN. 0.004 0.000 0.016 0.009 0.622 0.370 0.547
1.27 11.43 10.9
inch TYP.
0.050 0.450 11.1 0.429 2.9 6.2 0.228 0.1 0.000 15.9 0.610 1.1 1.1 0.031 10˚ (max.) 8˚ (max.)
5.8 0 15.5 0.8
OUTLINE AND MECHANICAL DATA
MAX. 0.142 0.012 0.130 0.004 0.021 0.013 0.630 0.386 0.570
10
0.437 0.114 0.244 0.004 0.626 0.043 0.043
JEDEC MO-166
0.394
PowerSO20
(1) "D and F" do not include mold flash or protrusions. - Mold flash or protrusions shall not exceed 0.15 mm (0.006"). - Critical dimensions: "E", "G" and "a3"
N
R
N a2 b
A
e
DETAIL A
c a1
DETAIL B
E
e3 H
DETAIL A
lead
D
slug
a3 DETAIL B 20
11
0.35 Gage Plane
-C-
S
SEATING PLANE
L
G
E2
E1
BOTTOM VIEW
T E3 1
h x 45
12/13
10
PSO20MEC
C
(COPLANARITY)
D1
L298
Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, STMicroelectronics assumes no responsibility for the consequences of use of such information nor for any infringement of patents or other rights of third parties which may result from its use. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of STMicroelectronics. Specification mentioned in this publication are subject to change without notice. This publication supersedes and replaces all information previously supplied. STMicroelectronics products are not authorized for use as critical components in life support devices or systems without express written approval of STMicroelectronics. The ST logo is a registered trademark of STMicroelectronics © 2000 STMicroelectronics – Printed in Italy – All Rights Reserved STMicroelectronics GROUP OF COMPANIES Australia - Brazil - China - Finland - France - Germany - Hong Kong - India - Italy - Japan - Malaysia - Malta - Morocco Singapore - Spain - Sweden - Switzerland - United Kingdom - U.S.A. http://www.st.com
13/13
Wiper Motor -WD1160/1160-B 12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dual Speed Design Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
WD1160
WD1160-B
---BLK High Speed,
---RED Low Speed
Performance Data at Rated 12V DC Rated No-Load Type
Peak Torque
L1
L2
N.m
mm
mm
182
225
199
235
Speed
Current
Torque
rpm
A
N.m
40
28
5.6
5.2
8.5
31
24
4.8
7
10
40.5
28
5.8
6.5
10
27
21.5
6.3
13.2
15
Speed
WD1160
WD1160-B
http://www.china-electricmotor.com
Wiper Motor –WD21100/21100-B 12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dual Speed Design Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
WD11100 ---BLK High Speed,
---RED Low Speed
Performance Data at Rated 12V DC Rated No-Load Type
Peak Torque
L1
L2
N.m
mm
mm
223.5
276.5
235
288
Speed
Current
Torque
rpm
A
N.m
38
25
10
12.5
20
25
19
5.7
13
20
37
25
9.7
12
20
23
15
7.8
16
20
Speed
WD21100
WD21100-B
http://www.china-electricmotor.com
Wiper Motor –WD3150/3250
12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
Performance Data at Rated 24V DC
http://www.china-electricmotor.com
Wiper Motor –WD4170/4270 12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
Performance Data at Rated 24V DC
http://www.china-electricmotor.com
Wiper Motor –WD5180/5280 12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
Performance Data at Rated 24V DC
http://www.china-electricmotor.com
Wiper Motor –WD61120/62120 12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
Performance Data at Rated 24V DC
http://www.china-electricmotor.com
Wiper Motor –WD71150/82150
12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
Performance Data at
http://www.china-electricmotor.com
Rated 24V DC
Wiper Motor –WD81180/82180
12VDC and 24VDC Available Aluminum Diecasting Gearbox Rolled Steel Housing Construction Dynamically Balanced Rotor
Mechanical
Performance Data at Rated 24V DC
http://www.china-electricmotor.com
599 Menlo Drive, Suite 100 Rocklin, California 95765, USA Office: (916) 624-8333 Fax: (916) 624-8003
General: [email protected] Technical: [email protected] Web Site: www.parallax.com Educational: www.stampsinclass.com
PING)))™ Ultrasonic Distance Sensor (#28015) The Parallax PING))) ultrasonic distance sensor provides precise, non-contact distance measurements from about 2 cm (0.8 inches) to 3 meters (3.3 yards). It is very easy to connect to BASIC Stamp® or Javelin Stamp microcontrollers, requiring only one I/O pin. The PING))) sensor works by transmitting an ultrasonic (well above human hearing range) burst and providing an output pulse that corresponds to the time required for the burst echo to return to the sensor. By measuring the echo pulse width the distance to target can easily be calculated.
Features • • • • • • • • • •
Supply Voltage – 5 VDC Supply Current – 30 mA typ; 35 mA max Range – 2 cm to 3 m (0.8 in to 3.3 yrds) Input Trigger – positive TTL pulse, 2 uS min, 5 µs typ. Echo Pulse – positive TTL pulse, 115 uS to 18.5 ms Echo Hold-off – 750 µs from fall of Trigger pulse Burst Frequency – 40 kHz for 200 µs Burst Indicator LED shows sensor activity Delay before next measurement – 200 µs Size – 22 mm H x 46 mm W x 16 mm D (0.84 in x 1.8 in x 0.6 in)
Dimensions
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 1 of 13
Pin Definitions GND 5V SIG
Ground (Vss) 5 VDC (Vdd) Signal (I/O pin)
The PING))) sensor has a male 3-pin header used to supply power (5 VDC), ground, and signal. The header allows the sensor to be plugged into a solderless breadboard, or to be located remotely through the use of a standard servo extender cable (Parallax part #805-00002). Standard connections are show in the diagram to the right.
Quick-Start Circuit This circuit allows you to quickly connect your PING))) sensor to a BASIC Stamp® 2 via the Board of Education® breadboard area. The PING))) module’s GND pin connects to Vss, the 5 V pin connects to Vdd, and the SIG pin connects to I/O pin P15. This circuit will work with the example program Ping_Demo.BS2 listed on page 7.
Servo Cable and Port Cautions If you want to connect your PING))) sensor to a Board of Education using a servo extension cable, follow these steps: 1. When plugging the cable onto the PING))) sensor, connect Black to GND, Red to 5 V, and White to SIG. 2. Check to see if your Board of Education servo ports have a jumper, as shown at right. 3. If your Board of Education servo ports have a jumper, set it to Vdd as shown. 4. If your Board of Education servo ports do not have a jumper, do not use them with the PING))) sensor. These ports only provide Vin, not Vdd, and this may damage your PING))) sensor. Go to the next step. 5. Connect the servo cable directly to the breadboard with a 3-pin header. Then, use jumper wires to connect Black to Vss, Red to Vdd, and White to I/O pin P15.
Board of Education Servo Port Jumper, Set to Vdd
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 2 of 13
Theory of Operation The PING))) sensor detects objects by emitting a short ultrasonic burst and then "listening" for the echo. Under control of a host microcontroller (trigger pulse), the sensor emits a short 40 kHz (ultrasonic) burst. This burst travels through the air at about 1130 feet per second, hits an object and then bounces back to the sensor. The PING))) sensor provides an output pulse to the host that will terminate when the echo is detected, hence the width of this pulse corresponds to the distance to the target.
Test Data The test data on the following pages is based on the PING))) sensor, tested in the Parallax lab, while connected to a BASIC Stamp microcontroller module. The test surface was a linoleum floor, so the sensor was elevated to minimize floor reflections in the data. All tests were conducted at room temperature, indoors, in a protected environment. The target was always centered at the same elevation as the PING))) sensor.
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 3 of 13
Test 1 Sensor Elevation: Target:
40 in. (101.6 cm) 3.5 in. (8.9 cm) diameter cylinder, 4 ft. (121.9 cm) tall – vertical orientation
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 4 of 13
Test 2 Sensor Elevation: Target:
40 in. (101.6 cm) 12 in. x 12 in. (30.5 cm x 30.5 cm) cardboard, mounted on 1 in. (2.5 cm) pole ● target positioned parallel to backplane of sensor
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 5 of 13
Program Example: BASIC Stamp 2 Microcontroller The following program demonstrates the use of the PING))) sensor with the BASIC Stamp 2 microcontroller. Any model of BASIC Stamp 2 module will work with this program as conditional compilation techniques are used to make adjustments based on the module that is connected. The heart of the program is the Get_Sonar subroutine. This routine starts by making the output bit of the selected IO pin zero – this will cause the successive PULSOUT to be low-high-low as required for triggering the PING))) sensor. After the trigger pulse falls the sensor will wait about 200 microseconds before transmitting the ultrasonic burst. This allows the BS2 to load and prepare the next instruction. That instruction, PULSIN, is used to measure the high-going pulse that corresponds to the distance to the target object. The raw return value from PULSIN must be scaled due to resolution differences between the various members of the BS2 family. After the raw value is converted to microseconds, it is divided by two in order to remove the "return trip" of the echo pulse. The value now held in rawDist is the distance to the target in microseconds. Conversion from microseconds to inches (or centimeters) is now a simple matter of math. The generallyaccepted value for the speed-of-sound is 1130 feet per second. This works out to 13,560 inches per second or one inch in 73.746 microseconds. The question becomes, how do we divide our pulse measurement value by the floating-point number 73.746? Another way to divide by 73.746 is to multiply by 0.01356. For new BASIC Stamp users this may seem a dilemma but in fact there is a special operator, **, that allows us to do just that. The ** operator has the affect of multiplying a value by units of 1/65,536. To find the parameter for ** then, we simply multiply 0.01356 by 65,536; the result is 888.668 (we'll round up to 889). Conversion to centimeters uses the same process and the result of the program is shown below:
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 6 of 13
' ========================================================================= ' ' File....... Ping_Demo.BS2 ' Purpose.... Demo Code for Parallax PING))) Sonar Sensor ' Author..... Parallax, Inc. ' E-mail..... [email protected] ' Started.... ' Updated.... 08 JUN 2005 ' ' {$STAMP BS2} ' {$PBASIC 2.5} ' ' =========================================================================
' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
-----[ Program Description ]--------------------------------------------This program demonstrates the use of the Parallax PING))) sensor and then converting the raw measurement to English (inches) and Metric (cm) units. Sonar Math: At sea level sound travels through air at 1130 feet per second. equates to 1 inch in 73.746 uS, or 1 cm in 29.034 uS).
This
Since the PING))) sensor measures the time required for the sound wave to travel from the sensor and back. The result -- after conversion to microseconds for the BASIC Stamp module in use -- is divided by two to remove the return portion of the echo pulse. The final raw result is the duration from the front of the sensor to the target in microseconds.
' -----[ I/O Definitions ]------------------------------------------------Ping
PIN
15
' -----[ Constants ]------------------------------------------------------#SELECT $STAMP #CASE BS2, BS2E Trigger CON 5 Scale CON $200 #CASE BS2SX, BS2P, BS2PX Trigger CON 13 Scale CON $0CD #CASE BS2PE Trigger CON 5 Scale CON $1E1 #ENDSELECT
' trigger pulse = 10 uS ' raw x 2.00 = uS
' raw x 0.80 = uS
' raw x 1.88 = uS
RawToIn RawToCm
CON CON
889 2257
' 1 / 73.746 (with **) ' 1 / 29.034 (with **)
IsHigh IsLow
CON CON
1 0
' for PULSOUT
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 7 of 13
' -----[ Variables ]------------------------------------------------------rawDist inches cm
VAR VAR VAR
Word Word Word
' raw measurement
' -----[ Initialization ]-------------------------------------------------Reset: DEBUG CLS, "Parallax PING))) Sonar", "======================", CR, "Time (uS)..... ", "Inches........ ", "Centimeters... "
CR, CR,
' setup report screen
CR, CR,
' -----[ Program Code ]---------------------------------------------------Main: DO GOSUB Get_Sonar inches = rawDist ** RawToIn cm = rawDist ** RawToCm DEBUG CRSRXY, 15, 3, DEC rawDist, CLREOL, CRSRXY, 15, 4, DEC inches, CLREOL, CRSRXY, 15, 5, DEC cm, CLREOL
' get sensor value ' convert to inches ' convert to centimeters ' update report screen
PAUSE 100 LOOP END
' -----[ Subroutines ]----------------------------------------------------' ' ' ' '
This subroutine triggers the PING))) sonar sensor and measures the echo pulse. The raw value from the sensor is converted to microseconds based on the Stamp module in use. This value is divided by two to remove the return trip -- the result value is the distance from the sensor to the target in microseconds.
Get_Sonar: Ping = IsLow PULSOUT Ping, Trigger PULSIN Ping, IsHigh, rawDist rawDist = rawDist */ Scale rawDist = rawDist / 2 RETURN
' ' ' ' '
make trigger 0-1-0 activate sensor measure echo pulse convert to uS remove return trip
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 8 of 13
Program Example: BASIC Stamp 1 Microcontroller ' ========================================================================= ' ' File....... Ping_Demo.BS1 ' Purpose.... Demo Code for Parallax PING))) Sonar Sensor ' Author..... Parallax, Inc. ' E-mail..... [email protected] ' Started.... ' Updated.... 06 JUN 2006 ' ' {$STAMP BS1} ' {$PBASIC 1.0} ' ' =========================================================================
' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
-----[ Program Description ]--------------------------------------------This program demonstrates the use of the Parallax PING))) sensor and then converting the raw measurement to English (inches) and Metric (cm) units. Sonar Math: At sea level sound travels through air at 1130 feet per second. equates to 1 inch in 73.746 uS, or 1 cm in 29.034 uS).
This
Since the PING))) sensor measures the time required for the sound wave to travel from the sensor and back. The result -- after conversion to microseconds for the BASIC Stamp module in use -- is divided by two to remove the return portion of the echo pulse. The final raw result is the duration from the front of the sensor to the target in microseconds.
' -----[ I/O Definitions ]------------------------------------------------SYMBOL
Ping
= 7
' -----[ Constants ]------------------------------------------------------SYMBOL SYMBOL
Trigger Scale
= 1 = 10
' 10 uS trigger pulse ' raw x 10.00 = uS
SYMBOL SYMBOL
RawToIn RawToCm
= 889 = 2257
' 1 / 73.746 (with **) ' 1 / 29.034 (with **)
SYMBOL SYMBOL
IsHigh IsLow
= 1 = 0
' for PULSOUT
' -----[ Variables ]------------------------------------------------------SYMBOL SYMBOL SYMBOL
rawDist inches cm
= W1 = W2 = W3
' raw measurement
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 9 of 13
' -----[ Program Code ]---------------------------------------------------Main: GOSUB Get_Sonar inches = rawDist ** RawToIn cm = rawDist ** RawToCm DEBUG DEBUG DEBUG DEBUG
CLS "Time (uS)..... ", #rawDist, CR "Inches........ ", #inches, CR "Centimeters... ", #cm
' get sensor value ' convert to inches ' convert to centimeters ' report
PAUSE 500 GOTO Main END
' -----[ Subroutines ]----------------------------------------------------' ' ' ' '
This subroutine triggers the PING))) sonar sensor and measures the echo pulse. The raw value from the sensor is converted to microseconds based on the Stamp module in use. This value is divided by two to remove the return trip -- the result value is the distance from the sensor to the target in microseconds.
Get_Sonar: LOW Ping PULSOUT Ping, Trigger PULSIN Ping, IsHigh, rawDist rawDist = rawDist * Scale rawDist = rawDist / 2 RETURN
' ' ' ' '
make trigger 0-1-0 activate sensor measure echo pulse convert to uS remove return trip
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 10 of 13
Program Example: Javelin Stamp Microcontroller This class file implements several methods for using the PING))) sensor: package stamp.peripheral.sensor; import stamp.core.*;
/** * This class provides an interface to the Parallax PING))) ultrasonic * range finder module. * * Usage:
* * Ping range = new Ping(CPU.pin0); // trigger and echo on P0 * *
* Detailed documentation for the PING))) Sensor can be found at:
* http://www.parallax.com/detail.asp?product_id=28015 *
* * @version 1.0 03 FEB 2005 */ public final class Ping { private int ioPin; /** * Creates PING))) range finder object * * @param ioPin PING))) trigger and echo return pin */ public Ping (int ioPin) { this.ioPin = ioPin; }
/** * Returns raw distance value from the PING))) sensor. * * @return Raw distance value from PING))) */ public int getRaw() { int echoRaw = 0; CPU.writePin(ioPin, false); // setup for high-going pulse CPU.pulseOut(1, ioPin); // send trigger pulse echoRaw = CPU.pulseIn(2171, ioPin, true); // measure echo return // return echo pulse if in range; zero if out-of-range return (echoRaw < 2131) ? echoRaw : 0; }
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 11 of 13
/* * The PING))) returns a pulse width of 73.746 uS per inch. Since the * Javelin pulseIn() round-trip echo time is in 8.68 uS units, this is the * same as a one-way trip in 4.34 uS units. Dividing 73.746 by 4.34 we * get a time-per-inch conversion factor of 16.9922 (x 0.058851). * * Values to derive conversion factors are selected to prevent roll-over * past the 15-bit positive values of Javelin Stamp integers. */ /** * @return PING))) distance value in inches */ public int getIn() { return (getRaw() * 3 / 51); // raw * 0.058824 }
/** * @return PING))) distance value in tenths of inches */ public int getIn10() { return (getRaw() * 3 / 5); // raw / 1.6667 }
/* * The PING))) returns a pulse width of 29.033 uS per centimeter. As the * Javelin pulseIn() round-trip echo time is in 8.68 uS units, this is the * same as a one-way trip in 4.34 uS units. Dividing 29.033 by 4.34 we * get a time-per-centimeter conversion factor of 6.6896. * * Values to derive conversion factors are selected to prevent roll-over * past the 15-bit positive values of Javelin Stamp integers. */ /** * @return PING))) distance value in centimeters */ public int getCm() { return (getRaw() * 3 / 20); // raw / 6.6667 }
/** * @return PING))) distance value in millimeters */ public int getMm() { return (getRaw() * 3 / 2); // raw / 0.6667 } }
This simple demo illustrates the use of the PING))) ultrasonic range finder class with the Javelin Stamp:
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 12 of 13
import stamp.core.*; import stamp.peripheral.sensor.Ping;
public class testPing { public static final char HOME = 0x01; public static void main() { Ping range = new Ping(CPU.pin0); StringBuffer msg = new StringBuffer(); int distance; while (true) { // measure distance to target in inches distance = range.getIn(); // create and display measurement message msg.clear(); msg.append(HOME); msg.append(distance); msg.append(" \" \n"); System.out.print(msg.toString()); // wait 0.5 seconds between readings CPU.delay(5000); } } }
© Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015) • v1.3 6/13/2006
Page 13 of 13
